Capteurs de vitesse et roues d'impulsion : tout ce que vous devez savoir

Nous sommes à présent habitué(e)s au fait que les capteurs de vitesse se trouvent autour du roulement de roue, mais cela n'a pas toujours été le cas. Avant que l'ABS ne fasse son apparition, la vitesse était souvent mesurée directement à partir de la boîte de vitesses ou du différentiel. Plus tard, les capteurs ont été déplacés, d'abord sur les arbres de transmission puis finalement sur les roulements de roue. Un grand nombre de variantes sont apparues au fil des années. Nous allons donc traiter séparément ces variantes et leurs caractéristiques.

Différents types de roues d'impulsion

Pour permettre au capteur de mesurer la vitesse de rotation, le système ABS utilise des roues d'impulsion. Ces roues sont munies d'une denture métallique ou de pôles magnétiques disposés en alternance pour pouvoir générer un signal.

Cependant, étant donné que la roue dentée d'impulsion avait plusieurs inconvénients (poids, défaut dû à l'encrassement et la détérioration) et qu'au bout d'un certain temps davantage de précision et de fonctionnalité était possible grâce à l'évolution technologique, elle a été remplacée par un anneau magnétique placé directement sur le roulement de roue. Cet anneau est tellement bien intégré dans le profil que l'on ne peut plus voir à présent sur le roulement de roue que celui-ci est associé à une fonction ABS.

Du fait que le champ magnétique était transféré du capteur vers la roue d'impulsion, ce concept offrait de nouvelles possibilités de développer davantage le capteur de vitesse. Nous allons en dire plus à ce sujet dans les pages suivantes.

L'encrassement ou la détérioration des roues d'impulsion peut causer des anomalies du signal, entraînant des pannes inhabituelles. Nous conseillons donc vivement pour chaque défaillance de contrôler soigneusement au préalable les roues d'impulsion !

Capteurs passifs (DF6)

Jusqu'en 2003 environ, les véhicules étaient équipés principalement de capteurs de roue passifs, également appelés capteurs DF6. Les capteurs de ce type fonctionnent toujours en association avec des roues d'impulsion dentées en métal. Le capteur proprement dit est muni d'un aimant permanent autour duquel une bobine est enroulée.

Tant que la roue du véhicule tourne, les dents de la roue d'impulsion produisent des variations du champ magnétique, générant une tension alternative dans la bobine : un signal de tension analogue sinusoïdal est adressé au calculateur électronique (ECU) du système ABS. Plus la vitesse de rotation est grande, plus l'amplitude du signal est grande. À très basse vitesse, l'amplitude est toutefois tellement faible que le calculateur du système ABS ne détecte pas le signal. Par conséquent, partez du principe que le signal n'est suffisamment puissant qu'à partir de 30 km/h environ.

Vous pouvez tester vous-même relativement simplement le capteur passif aussi bien que la roue d'impulsion dentée. Beaucoup d'appareils de diagnostic peuvent afficher la vitesse de la roue du véhicule en temps réel. Si vous ne disposez pas d'un tel appareil de diagnostic, vous pouvez recourir à un oscilloscope : contrôlez le signal du capteur en connectant le fil de signal du capteur à l'oscilloscope. Ensuite, faites tourner la roue : un signal sinusoïdal devrait apparaître (généralement 0,5 V - 1,0 V). Faites bien attention aux anomalies dans le signal, dues à des détériorations d'une ou plusieurs dents. Si vous voulez contrôler uniquement le capteur, déplacez rapidement un tournevis métallique le long du capteur à plusieurs reprises. Même si la forme du signal ne dit pas grand-chose, vous pouvez contrôler de cette façon en tout cas si le capteur réagit.

Capteurs actifs (DF10)

À partir de 2003, de nombreux constructeurs automobiles sont passés aux capteurs de vitesse de roue actifs. Les spécialistes en connaissent la première version sous le nom de capteur DF10. Ce type de capteur est beaucoup plus précis et n'est plus dépendant de la vitesse : chaque impulsion a une amplitude égale, ce qui permet de mesurer toute la plage de vitesses (donc aussi jusqu'à l'arrêt). Ce type de signal est également appelé signal carré.

Bien que les capteurs DF10 présentaient déjà beaucoup d'avantages par rapport aux modèles antérieurs DF-6, ils utilisaient initialement encore des roues dentées. Par conséquent, ces capteurs avaient encore un aimant interne pour leur permettre de générer un champ magnétique. À partir de 2006, de plus en plus de systèmes utilisant un anneau magnétique multipolaire sont apparus. Ces capteurs n'ont donc plus besoin d'un aimant interne.

Le capteur DF10 doit être alimenté par une tension pour fonctionner ; voilà pourquoi il est appelé capteur actif. Le capteur est muni par conséquent de deux fils : un premier fil pour l’alimentation (souvent 12 V, mais on rencontre parfois des versions 5 V) et un deuxième fil pour la masse. Le signal de sortie adressé au calculateur du système ABS est conduit par un seul de ces fils : cela diffère selon les voitures. À l’intérieur du capteur se trouve un semiconducteur, aussi appelé élément magnéto-résistif (Magneto Resistive Element - MRE), qui peut fonctionner aussi bien comme conducteur que comme isolateur. Du fait de la rotation de la roue d’impulsion, le semiconducteur activera et désactivera alternativement la sortie. Cela génère une onde carrée numérique qui est adressée au calculateur du système ABS. Ce signal peut être étudié à l’aide d’un oscilloscope.

Valeurs pratiques pour le diagnostic :

Comme le montre le diagramme ci-dessous, le signal carré a une valeur constante de 7 mA, 14 mA ou 28 mA. Un complément souhaité de la fonctionnalité existante était la visualisation de la marche arrière. C’est pour cette raison que le capteur DF10-RotDir a été conçu. En plus du signal carré standard, ce capteur est capable d’adresser simultanément un signal supplémentaire dès que le véhicule roule en marche arrière.

Plus d'informations (DF11i)

En raison de l'utilisation multiple du réseau CAN et d'autres systèmes de communication en différents points du véhicule, on s'est rendu compte que le signal d'un capteur de vitesse pourrait fournir bien plus d'informations que simplement la vitesse de rotation. En plus du sens de rotation, pour lequel le capteur DF10-RotDir apportait déjà une bonne solution, il était aussi possible d'intégrer par exemple un contrôle supplémentaire du champ magnétique dans le signal.

Pour ce faire, le capteur de vitesse devait alors pouvoir générer différents signaux pour différentes situations. On a donc opté pour la technique MLI : modulation de largeur d'impulsion (en anglais : PWM - Pulse Width Modulation). Le principe de ce protocole est en réalité très simple : une durée standard est définie pour l'impulsion (dans le cas du DF11i, elle est en général égale à 45 μs), et en amplifiant cette impulsion par un facteur 2, 4, 8 ou 16, le calculateur d'ABS reçoit plus d'informations que le seul moment cinétique. Le schéma suivant illustre peut-être plus clairement ce principe :

De plus, une autre fonction intelligente a été « programmée » dans les capteurs DF11i : la distinction entre vitesse nulle et non-fonctionnement du capteur. Si le véhicule est arrêté, le capteur DF11i continue d'envoyer une impulsion périodique vers le calculateur d'ABS, indiquant ainsi que le capteur demeure opérationnel. Ce signal est adressé généralement toutes les 737 ms avec une impulsion amplifiée par un facteur 32.

Détails intéressants :

Nous ne savons pas si vous l'avez déjà remarqué, mais n'est-il pas curieux que les désignations de tous ces capteurs commencent par les lettres « DF » ? Cela est dû au fait que ce sont les chercheurs de Bosch GmbH qui ont été à la base de cette technologie de capteur moderne : DF est l'acronyme du mot allemand « Drehzahlfühler » qui signifie « capteur de vitesse de rotation ».

Même le DF11i est encore une version comprenant un aimant interne, de sorte qu'il peut fonctionner avec la roue dentée classique (tout comme plusieurs versions du DF10). Ce type est appelé DF11iM. Ci-dessous une vue éclatée de ce type de capteur ; M désigne l'aimant :

Le nouveau standard (VDA - assimilation variationnelle de données)

Les évolutions comme le « PSI5 », entre autres pour le système d'airbag, ont permis aussi au capteur de vitesse de passer à l'étape suivante. La technologie d'un capteur VDA abandonne définitivement l'émission d'impulsions simples. Au lieu de cela, ce capteur génère un message composé d'un multiplet de 9 bits après l'impulsion, l'amplitude d'impulsion étant par ailleurs 2 x supérieure à celle du multiplet. Cela permet non seulement d'adresser des informations très spécifiques, mais aussi de programmer le capteur. Le protocole utilisé à cet effet s'appelle « protocole AK ». On sait que certains capteurs d'Infineon font usage du protocole AK 4.0 qui a été introduit en février 2008 par Daimler AG, mais des versions plus récentes sont aussi maintenant employées.

Vous vous demandez certainement quelle est la fonction de ces 9 bits. Nous ne pouvons cependant vous apporter qu'une réponse partielle. La plupart des bits sont en effet librement programmables, et leur fonction peut donc différer en fonction de la marque et du modèle de voiture.

Utilisez toujours les capteurs de roue d'origine lors du remplacement !

ACTRONICS recommande de toujours choisir OEM lors du remplacement des capteurs de roue. Ces capteurs doivent être sélectionnés par numéro de châssis, car il existe de nombreux types différents disponibles qui se ressemblent tous à l'extérieur. L'ECU donnera alors généralement des codes d'erreur liés à «l'impédance» du capteur de roue.

Contamination, dommages et jeu sur les roulements de roue

En cas de réclamations du capteur de roue, vérifiez toujours que les roulements de roue ne sont pas encrassés, endommagés et ne présentent pas de jeu. Le signal que la bague doit générer est peu tolérant et un petit écart peut donc provoquer immédiatement un dysfonctionnement.

Mesurer soi-même les capteurs de roue

Heureusement, il est encore possible de tester soi-même tous ces types de capteurs de roue à l'aide d'un oscilloscope. En faisant tourner la roue de la voiture énergiquement après avoir mis le contact (point important !), vous pouvez évaluer relativement facilement si les capteurs et les roues d'impulsion fonctionnent convenablement. Un tournevis métallique (= roue d'impulsion dentée) ou magnétique (= anneau multipolaire) peut aussi apporter une solution. Il est très important ici de bien évaluer le signal émis. Pour cette raison, utilisez toujours un signal de référence vous permettant de faire une bonne comparaison. Pour préciser un peu mieux les différences entre les signaux, voici un bref récapitulatif à votre intention :

DF6

Un signal sinusoïdal, généralement compris entre 0,5V et 1,0V. L'amplitude augmente à mesure que la roue tourne plus vite.

DF10

Un signal carré ayant une amplitude constante de 7 mA, 14 mA ou 28 mA. La fréquence des signaux carrés augmente à mesure que la roue tourne plus vite. Les types avec fonction RotDir génèrent un signal carré à deux étages durant la marche arrière.

DF11i

Un signal MLI avec une durée de signal de 45 μs. En marche avant, la durée de ce signal est multipliée par un facteur 4 ; le « carré du signal » devrait donc avoir une « longueur » de 180 μs. En marche arrière, le carré du signal est amplifié par un facteur 8, et a donc une « longueur » de 360 μs. Si la roue est immobile, le capteur génère un carré de signal de « longueur » 1 440 μs (32 x la durée du signal) toutes les 737 ms. Il y a donc toujours un signal mesurable.

VDA

Lorsque la roue tourne, un capteur VDA génère une impulsion de vitesse, suivie d'un signal contenant 9 bits. Les facteurs tels que le sens de rotation sont envoyés avec ce signal. Lorsque la roue ne tourne pas, ce signal continue d'être envoyé, mais sans l'impulsion de vitesse. Il y a donc toujours un signal mesurable.

ATTENTION : Il existe des cas connus dans lesquels le type de capteur utilisé pour les roues avant est différent de celui utilisé pour les roues arrière. Veillez à ne pas intervertir ces capteurs !