L'immunité aux champs parasites est essentielle pour la détection magnétique

13th June 2019
Source: Melexis
Posted By : Victoria Chercasova
L'immunité aux champs parasites est essentielle pour la détection magnétique

Les considérations écologiques associées aux attentes des consommateurs poussent l'industrie automobile à produire des véhicules toujours plus efficients. Qu'il s'agisse de véhicules électriques (VE) ou hybrides électriques (HVE), ou encore d’évolutions apportées à des véhicules à moteur thermique existants, les véhicules modernes regorgent de technologie, et cela ne fera qu’augmenter à l'avenir.

 

De plus en plus d'applications passent aux actionneurs électriques. Il s'agit notamment des vannes papillon électriques, des pompes à huile électriques, des turbocompresseurs électriques, et tout spécialement des systèmes de propulsion de véhicules électriques, ou de véhicules électriques hybrides, alimentés par batterie. Non seulement ces changements rendent le véhicule plus efficient, mais ils le rendent plus propre et plus fiable. Ils sont également plus légers que les solutions mécaniques ou hydrauliques précédentes, et ce poids réduit rend les véhicules encore plus efficients, en consommant moins ou en parcourant plus de kilomètres avec une seule charge.

Pour autant, l'actionneur ne sert à rien sans une détection à la fois précise, reproductible et fiable. Une unité de commande doit pouvoir détecter la position actuelle pour pouvoir calculer le déplacement à effectuer pour atteindre la position souhaitée. 

Il y a eu une révolution récente dans la détection de position mécanique, la technologie magnétique remplaçant les capteurs résistifs et optiques comme méthode de détection privilégiée . Contrairement à un capteur rotatif, un capteur magnétique résiste à la poussière, à la saleté, à la graisse, aux vibrations et à l'humidité présentes dans les véhicules (ainsi que dans plusieurs autres applications industrielles). Par rapport à d'autres capteurs de déplacement angulaire et linéaire couramment utilisés, les capteurs magnétiques ne s'usent pas, ce qui est une autre caractéristique clé garantissant leur répétabilité et leur fiabilité à long terme.

Cependant, à mesure que la technologie électrique et électronique se développe, l'environnement du véhicule pose un défi croissant à la détection magnétique. Par exemple, les moteurs électriques des véhicules électriques et des véhicules électriques hybrides consomment de grandes quantités de courant, et produisent donc des champs magnétiques à proximité des câbles acheminant le courant depuis la batterie ou l'alternateur jusqu’au moteur. Dans une moindre mesure, même les courants plus faibles qui alimentent les directions EPS (Electric Power Steering, ou direction à assistance électrique), les lève-vitres, le toit ouvrant, ou un autre dispositif électrique du véhicule, sont susceptibles de créer un champ magnétique parasite.

Ces champs magnétiques parasites nuisent de manière systématique à la précision des capteurs. Ils peuvent aussi, dans certains cas, entraîner des erreurs très importantes au niveau de la sortie, avec des résultats potentiellement catastrophiques. Si un toit ouvrant qui ne se ferme pas correctement présente un inconvénient, une pédale de frein, une pédale d'accélérateur ou une direction qui n’est pas détectée précisément, peuvent mettre des vies en danger.

Afin d'aborder les implications en matière de sécurité, l'industrie automobile dispose de normes pour définir les exigences de sécurité des systèmes susceptibles d'être affectés par des champs magnétiques parasites (ou d'autres problèmes). Parmi ces normes importantes figure la norme ISO26262, qui traite de la sécurité fonctionnelle et des multiples spécifications OEM relatives à l'immunité aux champs magnétiques.

Les capteurs à effet Hall et les capteurs magnéto-résistifs (MR) traditionnels sont sensibles aux champs parasites que l'on trouve dans les véhicules, car ils sont conçus pour mesurer le champ magnétique produit par un aimant se trouvant à proximité, qui est solidaire de l'objet à mesurer. Comme le champ magnétique parasite produit par les courants électriques (en particulier les centaines d'ampères destinés aux moteurs de traction) peut être important, la sortie du capteur peut être relativement imprécise. Dans le cas de capteurs rotatifs, l'erreur angulaire peut être supérieure à 10 degrés, ce qui est considérable étant donné que de nombreux systèmes, comme des vannes ou le corps de papillon, ne tournent physiquement que de 90 degrés. Outre les évidents problèmes de sécurité que peuvent poser la direction ou le freinage, la commande moteur (ECU) risque tout simplement de ne pas gérer correctement (voire pas du tout) le moteur. 

Les concepteurs souhaitant mettre en œuvre la détection magnétique dans les véhicules sont confrontés à deux grandes options. La première consiste à blinder le dispositif de détection (et de l'aimant qui lui est associé) contre les effets des champs magnétiques parasites. Non seulement cela peut être  potentiellement complexe et difficile, mais c'est aussi coûteux, car cela nécessite des matériaux à haute perméabilité magnétique. Plus que d’assurer la fonction de blindage, ils absorbent et redirigent le champ. Ils ont donc  un impact sur la détection, puisque le champ magnétique désiré se trouve modifié, de même que le champ de dispersion. Pour éviter cela, un certain espacement est nécessaire qui augmente la taille, le poids et le coût, ce qui n'est pas souhaitable dans la conception automobile moderne. 

L'autre grande approche consiste à utiliser un type de capteur intrinsèquement immune et insensible aux champs magnétiques parasites. Les capteurs magnétiques Triaxis Gen III de Melexis disposent d’un mode immune aux champs parasites, qui permet une réduction substantielle voire l'élimination totale des défauts dus aux champs magnétiques parasites. Ainsi, les capteurs Triaxis Gen III peuvent être utilisés à proximité immédiate de conducteurs de courant ou à proximité d'autres aimants dans le véhicule. 

Le mode immune aux champs parasites ne nécessite qu'un simple aimant à 4 pôles pour les mouvements de rotation, et un simple aimant bipolaire pour les mouvements linéaires. Avec une conception magnétique simple, l'erreur due aux champs parasites est réduite à moins de 0,4 degré d’angle, ce qui est une valeur acceptable pour la plupart des grands constructeurs automobiles. Cela signifie que les efforts de conception peuvent être réduits puisqu’il n'est plus nécessaire d’installer le capteur loin des sources de champs magnétiques parasites. 

De plus, le blindage qui était nécessaire auparavant peut être éliminé ou considérablement réduit, ce qui se traduit par des gains substantiels de taille, de poids et de coût. Le mode immune aux champs parasites offre les mêmes avantages que l'ancien mode, y compris la détection sans contact, une grande robustesse CEM, un boîtier miniature, et la possibilité d'atteindre un niveau élevé de sécurité fonctionnelle (typiquement ASIL B ou C).

 


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