FR2771866A1 - Systeme de commande de l'alimentation d'un moteur electrique d'activation d'un organe fonctionnel de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Ce système de commande de l'alimentation d'un moteur (1), à partir d'une source d'alimentation en énergie du véhicule, est caractérisé en ce qu'il comporte un hacheur à modulation de largeur d'impulsions (7), interposé entre le moteur (1) et la source d'alimentation et dont le fonctionnement est contrôlé par un signal de pilotage à créneaux délivré par des moyens de commande (10) comprenant des moyens (12) de génération d'un signal oscillant, des moyens (13) d'établissement d'un signal de commande à amplitude variable à partir d'informations de commande (14) du moteur, associés à des moyens (15) de limitation de l'amplitude de ce signal de commande à une valeur de sécurité de fonctionnement du moteur et des moyens (16) de comparaison du signal oscillant et du signal de commande pour établir le signal de pilotage à créneaux du hacheur (7).
Description
La présente invention concerne un système de com-
mande de l'alimentation d'un moteur électrique d'activation d'un organe fonctionnel de véhicule automobile, à partir
d'une source d'alimentation en énergie du véhicule.
Un tel système peut s'appliquer à tout moteur élec-
trique à courant continu embarqué à bord d'un véhicule auto-
mobile, comme par exemple un motoventilateur associé à un radiateur de refroidissement d'un liquide de refroidissement
d'un moteur de véhicule automobile.
On sait en effet que la plupart du temps, les mo-
teurs des véhicules automobiles sont associés à un circuit
de refroidissement dans lequel circule un fluide calopor-
teur, ce fluide étant amené à circuler d'une part dans le moteur et d'autre part, dans un radiateur, pour assurer un
contrôle de la température de celui-ci.
Pour obtenir un échange thermique suffisant entre le radiateur et l'environnement, il est habituel d'associer à ce radiateur un ou plusieurs motoventilateurs permettant de
créer un courant d'air à travers ce radiateur.
Sur certains véhicules équipés de systèmes de clima-
tisation, ce ou ces motoventilateurs sont également adaptés
pour refroidir le condenseur de climatisation.
Cependant, il est nécessaire de contrôler les échan-
ges thermiques entre le radiateur et l'environnement du vé-
hicule pour tenir compte de divers paramètres liés au fonc-
tionnement du véhicule, c'est-à-dire par exemple de la tem-
pérature de consigne du système de climatisation, de la tem-
pérature du moteur, etc.., afin de réduire la consommation électrique et donc la consommation en carburant du moteur et les nuisances sonores engendrées par le fonctionnement de
tels motoventilateurs.
On a donc développé dans l'état de la technique, des
systèmes de commande du fonctionnement de ces motoventila-
teurs par paliers de vitesses.
C'est ainsi par exemple que l'on connaît dans l'état de la technique, des systèmes de commande qui permettent de
contrôler l'alimentation de ces motoventilateurs afin d'ob-
tenir deux vitesses de rotation différentes de ceux-ci.
La commande du fonctionnement de ces motoventila-
teurs est en général assurée par un calculateur de contrôle de fonctionnement du véhicule qui délivre des informations de commande à un système de pilotage du fonctionnement des motoventilateurs. Dans le cas o le radiateur est associé par exemple à un motoventilateur unique, il est possible de commander la vitesse de rotation de ce motoventilateur en modifiant la
connexion des bobinages de celui-ci ou en connectant en sé-
rie avec ce motoventilateur, une résistance ou autre.
Dans le cas o le radiateur est associé à deux moto-
ventilateurs, il est possible d'obtenir des vitesses de ro-
tation différentes de ceux-ci en les connectant en série ou
en parallèle.
Ces différents modes de fonctionnement du ou de cha-
que motoventilateur, sont en général contrôlés par des re-
lais électromécaniques pilotés à l'ouverture ou à la ferme-
ture en fonction des informations de commande délivrées par
le calculateur de contrôle du fonctionnement du véhicule.
On conçoit cependant que ceci présente un certain
nombre d'inconvénients.
En effet, outre l'encombrement important de tels systèmes de commande, le ou chaque motoventilateur doit être
conçu pour supporter sans problème, des variations de ten-
sion d'alimentation liées à l'application particulière dans
un véhicule automobile et en particulier des tensions nette-
ment supérieures à sa tension nominale de fonctionnement, ce
qui impose un surdimensionnement de celui-ci.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces pro-
blèmes.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de
commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'activa-
tion d'un organe fonctionnel de véhicule automobile, à par-
tir d'une source d'alimentation en énergie de ce véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un hacheur à modulation de largeur d'impulsions, interposé entre le moteur et la source d'alimentation et dont le fonctionnement est contrôlé par un
signal de pilotage à créneaux délivré par des moyens de com-
mande comprenant des moyens de génération d'un signal os-
cillant, des moyens d'établissement d'un signal de commande à amplitude variable à partir d'informations de commande du moteur, associés à des moyens de limitation de l'amplitude
de ce signal de commande à une valeur de sécurité de fonc-
tionnement du moteur et des moyens de comparaison du signal oscillant et du signal de commande pour établir le signal de
pilotage à créneaux du hacheur.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des-
cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:
- la Fig.1 représente un schéma synoptique illus-
trant la structure d'un exemple de réalisation d'un système de commande selon l'invention; et
- la Fig.2 illustre le fonctionnement d'un tel sys-
tème.
On a en effet représenté sur la figure 1, un système
de commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'acti-
vation d'un organe fonctionnel de véhicule automobile, dési-
gné par la référence générale 1, à partir d'une source
d'alimentation en énergie du véhicule.
Ce moteur est par exemple un motoventilateur associé
à un radiateur de refroidissement d'un moteur.
Les bornes d'alimentation issues de la source d'ali-
mentation en énergie du véhicule sont par exemple désignées
par les références générales 2 et 3 sur cette figure et cor-
respondent par exemple à la borne positive de l'alimentation et à la borne négative de cette alimentation, constituée par
exemple par la masse du véhicule.
Une diode de roue libre désignée par la référence
générale 4 est connectée en parallèle aux bornes du moteur.
De même, des moyens de filtrage de type classique désignés par la référence générale 5, sont connectés entre
la borne positive d'alimentation de ce moteur et la masse.
Ce moteur, cette diode de roue libre et ces moyens de filtrage sont reliés par exemple à la cathode d'une diode de protection désignée par la référence générale 6, dont l'anode est reliée à la borne positive de l'alimentation et
qui est destinée à protéger le reste des circuits de ce dis-
positif contre une inversion de polarité lors du branchement
de ce dispositif sur la source d'alimentation.
Il va de soi bien entendu que cette diode n'est pas obligatoire. L'autre borne d'alimentation du moteur 1 est reliée à la masse à travers un hacheur à modulation de largeur d'impulsions désigné par la référence générale 7, ce hacheur étant associé à des moyens de protection en courant désignés par la référence générale 8 et à des moyens de protection thermique désignés par la référence générale 9, de type
classique et par exemple intégrés dans ce hacheur.
On conçoit donc que ce hacheur à modulation de lar-
geur d'impulsions 7 est interposé entre le moteur 1 et la source d'alimentation du moteur et que le fonctionnement de celui-ci est contrôlé par un signal de pilotage à créneaux délivré par des moyens de commande désignés par la référence
générale 10 sur cette figure.
Ces moyens de commande 10 sont également raccordés à
la source d'alimentation en énergie du véhicule et compren-
nent des moyens commandés de commutation d'entrée d'alimen-
tation désignés par la référence générale 11, interposés en-
tre la cathode de la diode de protection 6, si celle-ci est prévue, et le reste des moyens de commande comme cela sera décrit plus en détail par la suite, ces moyens commandés 11 étant pilotés à la fermeture lorsque le système de commande
selon l'invention est activé.
La sortie de ces moyens commandés 11 est reliée à
des moyens 12 de génération d'un signal oscillant, et l'en-
trée de ceux-ci est reliée à des moyens 13 d'établissement
d'un signal de commande à amplitude variable à partir d'in-
formations de commande 14 du moteur, et associés à des
moyens 15 de limitation de l'amplitude de ce signal de com-
mande à une valeur de sécurité de fonctionnement du moteur.
La sortie des moyens 11 est également reliée à des moyens 16 de comparaison de ce signal oscillant et de ce signal de
commande, et d'établissement du signal de pilotage à cré-
neaux du hacheur 7.
En effet, les moyens 12 de génération du signal os-
cillant sont adaptés pour délivrer aux moyens de comparaison 16, un signal de référence oscillant entre une valeur limite
basse et une valeur limite haute, proportionnelles à la ten-
sion d'alimentation, tandis que les moyens d'établissement 13 reçoivent des informations de commande 14 du moteur en provenance par exemple d'un calculateur de contrôle du fonc-
tionnement du véhicule.
Ces informations peuvent par exemple être des infor-
mations de type binaire, transitant par exemple sur deux
fils de transmission d'informations que les moyens d'éta-
blissement 13 convertissent en signal de commande d'ampli-
tude proportionnelle à l'amplitude de la tension d'alimenta-
tion, à destination des moyens de comparaison 16.
C'est ainsi par exemple qu'en fonction des informa-
tions de commande 14, ces moyens 13 délivrent aux moyens de
comparaison un signal dont l'amplitude est dérivée de l'am-
plitude de la tension d'alimentation de la source d'alimen-
tation en énergie du véhicule, pour permettre l'établisse-
ment du signal de pilotage à créneaux du hacheur après com-
paraison avec le signal oscillant.
Dans le système de commande selon l'invention, la sortie des moyens 13 d'établissement du signal de commande est associée par exemple à un condensateur 13a raccordé à la
masse par exemple en parallèle sur les moyens 15, et permet-
tant d'adoucir les variations de ce signal afin d'adoucir
les variations de bruit de fonctionnement du moteur.
Dans le système de commande selon l'invention, la
sortie de ces moyens 13 d'établissement du signal de com-
mande est également associée aux moyens 15 de limitation de
l'amplitude de ce signal de commande à une valeur de sécuri-
té de fonctionnement du moteur qui peuvent par exemple être constitués par une diode Zener de fixation de cette valeur
de sécurité.
On sait en effet que dans un véhicule automobile, la tension de la source d'alimentation en énergie peut varier
en amplitude de façon relativement importante, pour attein-
dre une tension maximale très nettement supérieure à sa ten-
sion nominale.
On conçoit alors que de façon générale, dans l'état de la technique, il convenait que les moteurs embarqués à bord des véhicules puissent supporter sans dommage, une
telle tension maximale.
A titre d'exemple, on peut citer pour une tension nominale de 13,5 volts, une tension maximale d'alimentation égale à 18 volts.
Ceci présente bien entendu un certain nombre d'in-
convénients, car les moteurs devaient alors être surdimen-
sionnés pour supporter de telles tensions.
Dans le système de commande selon l'invention, il est prévu des moyens de limitation de l'amplitude du signal de commande à une valeur de sécurité de fonctionnement du moteur, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un
tel surdimensionnement du moteur, ni du hacheur.
En effet, l'utilisation de ces moyens de limitation permet de limiter automatiquement le niveau d'alimentation du moteur à une valeur de sécurité comme cela est illustré
sur la figure 2.
On reconnaît en effet sur cette figure 2, le signal
de sortie S12 des moyens de génération 12 du signal os-
cillant, et le signal S13 de sortie des moyens d'établisse-
ment 13 du signal de commande, ces signaux S12 et S13 étant
appliqués aux moyens de comparaison 16 pour comparer le si-
gnal oscillant et le signal de commande afin d'établir le
signal de pilotage à créneaux du hacheur désigné par la ré-
férence S16 sur cette figure.
On conçoit alors que plus l'amplitude du signal S13, établie à partir des informations de commande 14, est élevée en comparaison du signal oscillant S12, plus les créneaux du signal S16 présentent une largeur importante pour assurer une alimentation sous une tension moyenne élevée du moteur
et que plus l'amplitude du signal S13 est faible en compa-
raison du signal oscillant S12, plus les créneaux du signal
S16 présentent une largeur réduite, pour assurer une alimen-
tation sous un niveau moyen réduit du moteur.
L'amplitude du signal S13 établie à partir des in-
formations 14 permet donc de réguler l'alimentation et la
vitesse de rotation du moteur 1.
Par ailleurs, les moyens 15 de limitation de l'am-
plitude du signal S13 permettent de limiter l'alimentation du moteur à un niveau désigné par la référence S15 sur cette figure 2, ce qui permet d'assurer une régulation automatique
de l'alimentation du moteur 1 lorsque la tension d'alimenta-
tion dépasse la valeur de sécurité de fonctionnement du mo-
teur, de manière que le courant moyen circulant dans le mo-
teur reste à une valeur de sécurité.
Il n'est donc plus nécessaire de surdimensionner le moteur ou le hacheur afin que ceux-ci puissent supporter des surtensions dans la mesure o dans le système de commande
selon l'invention, il est prévu des moyens permettant de li-
miter automatiquement l'alimentation du moteur à sa valeur
de sécurité.
En effet, les moyens 12 de génération du signal os-
cillant et les moyens 13 d'établissement du signal de com-
mande étant alimentés par la tension de la source d'énergie, si celle-ci varie, l'amplitude des signaux S12 et S13 varie
également, de sorte que si l'amplitude du signal S13 corres-
pond à une alimentation sous pleine tension du moteur, ce-
lui-ci pourrait alors être alimenté sous une tension très
nettement supérieure à sa tension nominale.
En utilisant une diode Zener ou un autre moyen de
limitation de l'amplitude de ce signal, de manière indépen-
dante de l'amplitude de la tension d'alimentation, on permet aux moyens de comparaison 16 de limiter automatiquement le
courant moyen d'alimentation du moteur à un niveau de sécu-
rité, car dans ce cas, plus la tension d'alimentation de la source est élevée, plus l'amplitude du signal oscillant S12 est élevée et plus la largeur des créneaux du signal S16 est
réduite, car l'amplitude du signal de commande S13 est limi-
tée à un niveau S15 maximal.
Dans l'exemple qui a été décrit en regard de ces figures, les moyens d'établissement 13 du signal de commande comportent des moyens de conversion des informations de commande 14 en signal de tension d'amplitude prédéterminée à partir de la tension de la source d'alimentation du véhicule. C'est ainsi par exemple qu'à partir de deux signaux binaires d'informations, il est possible de définir en théorie, quatre niveaux d'alimentation du moteur et donc quatre vitesses de rotation de celui-ci correspondant en fait à une vitesse nulle (arrêt) et trois vitesses réelles
de rotation.
Il va de soi bien entendu qu'un nombre différent de signaux peut être utilisé, de même qu'un nombre différent de
niveaux d'alimentation du moteur.
Comme on l'a indiqué précédemment, le système de commande selon l'invention comporte également des moyens commandés 11 de commutation d'entrée d'alimentation interposés entre la source d'alimentation et le reste de celui-ci. Le fonctionnement de ces moyens commandés 11 peut par exemple être piloté par les moyens d'établissement 13 recevant les informations 14 de commande du moteur afin de piloter ces moyens commandés 11 à la fermeture, uniquement lorsqu'une commande du moteur est nécessaire, ce qui permet de réduire la consommation en énergie de ce système en coupant l'alimentation de celui-ci lorsqu'il n'est pas activé. Ceci permet alors de ne pas décharger inutilement la
source d'alimentation en énergie du véhicule.
Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation de ce système peuvent être envisagés et que les
différents composants entrant dans la constitution de celui-
ci peuvent être intégrés par exemple directement dans le moteur, comme par exemple sur la plaque porte-balais de celui-ci, de manière à faciliter son intégration dans le
véhicule automobile.
De plus, ceci présente un certain nombre d'avantages, tels que par exemple un refroidissement simplifié de composants de puissance d'un tel système dans la mesure o ceux-ci peuvent être associés à des moyens de refroidissement de type classique placés par exemple dans le
flux d'air engendré par la rotation du motoventilateur.
Par ailleurs, l'implantation d'un tel circuit à proximité du moteur électrique permet également de faciliter le filtrage des parasites émis par le fonctionnement de
ceux-ci dans le reste des circuits électriques du véhicule.
Bien entendu, le fonctionnement de moteurs autres qu'un motoventilateur peut être commandé grâce à un tel système.
Claims (8)
1. Système de commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'activation d'un organe fonctionnel de véhicule automobile, à partir d'une source d'alimentation en énergie de ce véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un hacheur à modulation de largeur d'impulsions (7), interposé entre le
moteur (1) et la source d'alimentation et dont le fonction-
nement est contrôlé par un signal de pilotage à créneaux (S16) délivré par des moyens de commande (10) et comprenant des moyens (12) de génération d'un signal oscillant (S12), des moyens (13) d'établissement d'un signal de commande à amplitude variable (S13) à partir d'informations de commande (14) du moteur, associés à des moyens (15) de limitation de l'amplitude de ce signal de commande à une valeur (S15) de sécurité de fonctionnement du moteur et des moyens (16) de comparaison du signal oscillant et du signal de commande pour établir le signal de pilotage à créneaux du hacheur (7).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'établissement (13) du signal de commande comprennent des moyens de conversion des informations de commande (14) en signal de tension d'amplitude prédéterminée
à partir de la source d'énergie du véhicule.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractéri-
sé en ce que les moyens de limitation (15) comprennent des
moyens à diode Zener connectés à la sortie des moyens d'éta-
blissement (13).
4. Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'un condensateur (13a) est connecté à la sortie des moyens d'établissement (13) pour
adoucir les variations de signal de commande.
5. Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens
commandés (11) de commutation d'entrée d'alimentation inter-
posés entre la source d'alimentation du véhicule et le reste de ce système et pilotés à la fermeture sous le contrôle des moyens d'établissement (13) à la réception d'informations de
commande (14) du moteur.
il
6. Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les informations de com-
mande du moteur (14) sont délivrées par un calculateur de
contrôle de fonctionnement du véhicule.
7. Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il est implanté dans le moteur.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en
ce qu'il est implanté sur la plaque porte-balais du moteur.
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