Couverture ElectroniqueS n°127

Les sièges automobiles à réglage motorisé nécessitent des capteurs pour pouvoir assurer une commande en boucle fermée. L'apparition de modèles Hall utilisables sans circuit imprimé permet une meilleure intégration et une réduction des composants nécessaires. L e confort et la sécurité vont souvent de pair, plus particulièrement dans le secteur de l'automobile. De nom-breux constructeurs proposent désormais des réglages de siège motorisés pour le conducteur et le passager avant, y compris sur des véhicules milieu de gamme ; certains offrent même un réglage motorisé des sièges arrière du véhicule. Ce genre d'électrification apporte une haute valeur ajoutée aux véhicules, et per-met aux constructeurs de se différencier sur un marché très concurrentiel. DIETER VERSTREKEN (MELEXIS) Dieter Verstreken est responsable de la famille de produits Latch & Switch chez Melexis. Titulaire d'un diplôme en électronique, il travaille depuis plus de dix ans chez Melexis où il est entré comme ingénieur d'application. Le niveau d'électrification peut varier d'un simple réglage avant/arrière, nécessitant un seul moteur, à un ajustement total faisant appel à plus de neuf moteurs par siège. Bien que le gros du travail soit assuré par un moteur, la commande reste en général manuelle, ce qui signifie que le conducteur (ou le passager) doit lui-même appuyer sur un bouton pour activer le moteur qui ajuste le siège. Cependant, les véhicules sont désormais de plus en plus souvent capables d'effectuer automatiquement le réglage du conducteur en fonction de la clé qu'il utilise. Dans un proche avenir, la voiture sera même en mesure d'utiliser d'autres informations pour procéder au réglage, comme un système de vision qui reconnaîtra le visage ou d'autres éléments caractéristiques du conducteur. Du point de vue du consommateur, la différence peut sembler minime entre réglage manuel et ajustement automatique du siège dans une position programmée. Cependant, un ingénieur saura tout de suite dire qu'un maillon est absent dans le processus de commande du siège : la personne assise. En effet, pour démarrer le réglage automatique du siège, d'autres informations sont requises afin de fournir les données de position au calculateur de commande du moteur. Il existe plusieurs manières d'y parvenir à l'aide de capteurs : fournir des données de position relative ou fournir des données de position absolue. Il est ensuite facile d'envisager une solution ultra-sophistiquée compte tenu des nombreux capteurs disponibles sur le marché. Cependant, la position relative apparaît déjà comme la meilleure approche. La détection peut se faire grâce à un capteur relativement simple qui encode la rotation de l'arbre moteur. Chaque révolution complète correspond à une distance de déplacement connue pour l'élément de siège, comme la hauteur de l'assise ou l'angle du dossier. La mesure de rotation fournit une différence de position par rapport au point de départ ; l'ECU ( Electronic Control Unit , ou unité de commande électronique) a simplement besoin de connaître la position initiale, l'unité de distance et la course absolue. Ces deux dernières données seront déterminées lors de la conception du composant, tandis que la position d'origine sera déterminée quand le véhicule sera produit et mis sous tension pour la première fois, et enfin mis à jour chaque fois que le siège aura été déplacé manuellement par le conducteur ou le passager, ou automatiquement par l'ECU. Encodage de position Le codage de la rotation de l'arbre moteur nécessite un capteur répondant à plusieurs exigences. S'agissant d'une application automobile, le capteur doit évidemment être qualifié pour l'automobile, ce qui signifie qu'il doit pouvoir résister à des environnements extrêmes en matière de vibrations et de température, ainsi qu'à certaines conditions électriques au niveau EMI ( Electro Magnetic Interference , ou parasite électromagnétique) mais aussi au niveau des pics et surtensions classiques. Dans le cas présent, la solution doit également être compacte et économique. Pour des raisons de fiabilité, une solution sans contact est préférable, puisqu'elle évite l'usure de l'élément de détection. Les capteurs à effet Hall sont probablement les capteurs sans contact les plus répandus aujourd'hui, et ils ont des applications sur tous les marchés verticaux. L'effet Hall permet la mesure d'une différence de ten-sion à travers un conducteur, qui est pro-portionnelle au champ magnétique appli-qué perpendiculairement au flux du courant. Différents niveaux d'intégration existent pour les capteurs à effet Hall et, le plus souvent, l'espace nécessaire ne figure pas en tête des critères. Cela signi-fie alors que le capteur peut être monté sur un circuit imprimé, avec tous les compo-sants supplémentaires qui s'imposent, comme un convertisseur analogique-numérique (CAN). Dans le cas des réglages de sièges, la place disponible est très limi-tée, en particulier si plusieurs moteurs sont utilisés. Dans ce cas, la solution idéale est d'offrir plus d'intégration dans un boîtier unique et de nombreux capteurs à effet Hall y parviennent effectivement. Regrouper toutes les caractéristiques fonctionnelles importantes dans un même boîtier élève le niveau d'abstraction et réduit l'effort de conception. Solution sans circuit imprimé Si l'intégration est menée à terme, il n'y a pas besoin de circuit imprimé, ce qui offre aux fabricants une solution simple et peu encombrante. C'est par exemple ce qu'a réalisé Melexis avec le MLX92223, comme l'illustre le schéma fonctionnel en figure 1. La plateforme Cmos à signaux mixtes permet l'intégration des plaques de détection Hall, d'un régulateur de tension, d'une commande numérique et d'une mémoire EEPROM non volatile. L'amplificateur opérationnel assure la conversion analogique-numérique, et la sortie fonctionne comme un signal à verrouillage, ce qui permet au calculateur de savoir quand la polarité de l'aimant installé sur l'arbre moteur change. C'est toute l'information dont le calculateur a besoin pour compter les tours et calculer la position relative de l'élément du siège à régler. En outre, le MLX92223 présente l'avantage d'intégrer la majeure par-tie des composants passifs nécessaires, notamment un condensateur de découplage et une résistance simulée. En embarquant le condensateur de découplage dans le même boîtier, celui-ci se trouve physiquement plus près des éléments sensibles en silicium, et assure ainsi une meilleure protection contre le bruit électrique. Un composant résistif est nécessaire pour adapter l'impédance de sortie du capteur à l'entrée du calculateur. Avec d'autres capteurs, de tels compo-sants passifs sont en général externes, ce qui nécessite l'utilisation d'un circuit imprimé, mais dans le cas du MLX92223 ils sont totalement intégrés à l'intérieur du boîtier TO92-3L, ce qui signifie que les fabricants peuvent se passer de circuit imprimé et monter le capteur directement sur la structure du siège. Cela permet des économies importantes en termes de nomenclature, d'efforts de conception et des coûts de production et ce, tout en améliorant la fiabilité grâce à la réduction du nombre de composants de cinq à un. En tant que commutateur à verrouillage, le MLX92223 émet un signal rectangle ( voir figure 2 ) fonction de l'intensité du flux magnétique de l'aimant. Le noyau utilise un système avancé d'annulation d'offset et des coefficients de température pour compenser les variations d'intensité du champ magnétique, qui se produisent naturellement en cas de variation de température. Le MLX92223 est si efficace que les utilisateurs peuvent l'utiliser avec les aimants les plus économiques (généralement en ferrite). La résistance simulée intégrée est implémentée grâce à une technologie propriétaire spécialement développée pour ce composant. On émule en fait la résistance, plutôt que d'utiliser une résistance externe discrète, ce qui a pour avantage de simplifier la fabrication et le process de test. La résistance émulée se comporte exactement comme un composant discret conventionnel. Le dispositif intègre aussi un régulateur de tension qui fonctionne de 3,8 V à 16 V, avec protection contre l'inversion de tension. Il n'est donc pas nécessaire d'inclure une diode au niveau de l'alimentation. Avec une température de jonction maximale de 165 °C, la fonction de gestion thermique limite le courant d'alimentation si la température de jonction dépasse 190 °C. Le fonctionnement normal est rétabli lorsque la température de jonction retombe à 180 °C. Le courant est également limité si la tension d'alimentation dépasse 16,8 V. La figure 3 montre comment utiliser le MLX92223 dans une application typique. n

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