FR2865066A1 - Procede et dispositif de gestion d'une charge inductive avec des tensions electriques d'amplitudes differentes - Google Patents

Abstract

Procédé de gestion d'une charge inductive fonctionnant dans un véhicule automobile avec des tensions électriques d'amplitudes différentes.On influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive par la sélection des durées des impulsions et des pauses des impulsions de la tension électrique.

Description

Domaine de l'invention

L'invention concerne un procédé de gestion d'une charge inductive fonctionnant dans un véhicule avec des tensions électriques d'amplitudes différentes.

L'invention concerne également un dispositif d'actionnement comportant une charge inductive dans un véhicule auto-mobile, recevant des tensions électriques d'amplitudes différentes ainsi qu'un appareil de commande pour la gestion d'au moins un dispositif d'actionnement comportant une charge inductive alimentée par des ten- u) sions électriques d'amplitudes différentes dans un véhicule.

Etat de la technique Dans le domaine de la gestion des moteurs à essence et des moteurs diesel on utilise fréquemment des composants constituant une charge inductive tels que par exemple des soupapes de commande de débit pour des pompes à haute pression ou des injecteurs. La commande de ces composants se fait de manière caractéristique à l'aide d'un simple étage de puissance à commutation.

Les variations de la tension du réseau embarqué créent des comportements différents pour les composants suivant la tension embar- quée disponible à tout instant. En particulier cela modifie le comporte- ment de dosage des vannes ou soupapes en particulier des injecteurs. Les variations du comportement de dosage engendrées par les variations de la tension du réseau embarqué peuvent se compenser en allongeant ou en raccourcissant d'autant les durées de commande des composants concer- nés. Mais comme le comportement du dosage ne dépend pas nécessaire-ment de manière linéaire de la tension du réseau embarqué, cette compensation est compliquée.

On risque en outre qu'à des tensions très élevées, le courant augmente à un niveau tel que la charge imposée aux composants de- 3o vient inacceptable et qu'il soit nécessaire de couper les composants lorsqu'on dépasse une certaine tension. Cela se traduit par des limitations gênantes du fonctionnement de l'ensemble du système.

Pour réduire les contraintes de courant d'un composant on a la possibilité de raccourcir la durée de commutation. Mais on risque alors pour des durées de commutation trop courtes de ne pouvoir garantir l'ouverture ou la fermeture de la soupape.

Le document DE 44 44 810 Al décrit un circuit de commande qui commande un moteur de machine soufflante avec un signal à modulation de largeur d'impulsion (signal MLI/signal PWM), le rapport de travail du signal MLI dépendant de la vitesse de rotation de consigne, réglable. Si la vitesse de rotation varie par rapport à la vitesse de rotation de consigne, par exemple à cause d'une variation de la tension électrique, le circuit de commande modifie le rapport de travail du signal MLI pour as-servir la vitesse de rotation sur la vitesse de rotation de consigne. Exposé et avantages de l'invention Le procédé selon l'invention de gestion d'une charge inductive du type défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'on influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive par la sélection des longueurs d'impulsions et des pauses d'impulsions de la tension électrique.

Ce procédé a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique que l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive est influencée par la sélection de la durée des impulsions et de la pause des impulsions de la tension électrique. Cette procédure permet avantageusement de for- mer l'évolution chronologique de l'augmentation de l'intensité de différentes manières et de l'adapter aux conditions existantes. Il est particulier possible de limiter l'amplitude de l'augmentation de l'intensité et de proté- ger ainsi la charge inductive contre sa destruction par une intensité trop élevée. De façon avantageuse, on peut également travailler dans des plages de tensions plus élevées qui n'étaient pas utilisables jusqu'alors à cause du risque de trop forte augmentation de l'intensité.

Suivant une autre caractéristique, il est particulièrement avantageux d'influencer l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive si l'amplitude de la tension électrique dépasse une tension normale.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel, par un choix approprié de la durée des impulsions et des pauses des impulsions d'une tension pulsée on copie une augmentation de l'intensité qui correspond pour l'essentiel à l'augmentation de l'intensité s'établissant dans la charge inductive de manière caractéristique lorsqu'on applique une tension normale. Une telle procédure permet de concevoir la charge inductive ou les composants, de manière avantageuse seulement pour fonctionner avec une tension normale car pour toutes les autres tensions, l'augmentation de l'intensité est adaptée de manière appropriée et les composants sont protégés contre tout risque de destruction.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel, le dispositif d'actionnement comporte une charge inductive fonctionnant avec des tensions électriques d'amplitudes différentes et l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive est influencée par la sélection des durées d'impulsions et des pauses d'impulsions de la tension électrique.

Par exemple si on influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive seulement si l'amplitude de la tension électrique dépasse une tension normale, pour des tensions électriques supérieures à la tension normale, on sélectionne la durée des impulsions et les pauses des impulsions de la tension électrique pour que l'augmentation de l'intensité corresponde pour l'essentiel à l'augmentation de l'intensité qui s'établit dans la charge inductive, de manière caractéristique lorsqu'on applique la tension normale.

Selon un autre développement, le dispositif d'actionnement est une soupape de réglage ou de commande de débit et de manière avantageuse on fixe la durée de l'alimentation électrique pour garantir l'ouverture ou la fermeture de la soupape de commande de débit.

Selon un autre développement, l'invention concerne un appareil de commande pour gérer au moins un dispositif d'actionnement comportant une charge inductive utilisant des tensions électriques d'amplitudes différentes et dont on influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive par la sélection des durées d'impulsions et des pauses d'impulsions de la tension électrique.

De façon avantageuse, un support de mémoire de l'appareil de commande contient l'enregistrement des grandeurs caractéristiques pour différentes tensions servant à générer les impulsions de tension.

D'une manière avantageuse, l'invention concerne un élément de commande équipé d'une mémoire avec un programme exécutable notamment dans un microprocesseur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un montage selon l'invention, - la figure 2 est un chronogramme de l'intensité de la tension pour une tension normale, - la figure 3 est un chronogramme intensité et tension pour une tension dépassant la tension normale, - la figure 4 montre un chronogramme pour une tension supérieure à la tension normale et une durée de branchement réduite, - la figure 5 est un chronogramme intensité et tension pour une tension impulsionnelle.

Description de modes de réalisation

La figure 1 est un schéma de principe d'un montage selon l'invention avec une charge inductive d'un dispositif d'actionnement 1 as- Io socié à un appareil de commande 100 et un étage de puissance 200. Un convertisseur analogique/numérique 110 saisit l'intensité I à la tension U du courant alimentant le dispositif d'actionnement 1 pour transmettre ses informations au microprocesseur 120 d'un élément de commande 130. Après exploitation de l'intensité de la tension, le microprocesseur 120 fournit des grandeurs caractéristiques appropriées à un modulateur 140. Les grandeurs caractéristiques sont déterminées suivant le mode de réalisation soit directement à partir d'une ou plusieurs valeurs mesurées; il peut également s'agir de grandeurs caractéristiques mises en mémoire dans l'élément de commande 130 ou encore celles contenues dans un champ de caractéristiques. Pour la présente tension, on extrait alors les grandeurs caractéristiques correspondantes d'un champ de caractéristiques. A partir des grandeurs caractéristiques le modulateur 140 génère par exemple par modulation de largeur d'impulsion, un signal impulsionnel pour commander l'étage de puissance 200. Un moyen de commutation 210 de l'étage de puissance 200 ouvre et ferme le circuit électrique en fonction du signal impulsionnel fourni pour le dispositif d'actionnement 1. Une diode de roue libre 220 court-circuite la tension induite à l'ouverture du moyen de commutation 210.

La figure 2 montre le chronogramme de l'intensité de la ten- sion lors de la commutation d'une charge inductive. Lorsque la charge in- ductive est mise en sous-tension, l'intensité IN,marche augmente suivant une forme caractéristique de l'inductance. Après la coupure de la tension UN, on atténue la tension induite, par exemple à l'aide de la diode de roue libre et l'intensité IN,arrét diminue de manière exponentielle. Dans le cas présen- té, on applique pendant une durée de 5 ms, une tension UN de 12 volts à la charge inductive. Suivant la résistance électrique et l'inductance, on obtient une montée caractéristique de l'intensité IN,marche qui dans le cas représenté atteint après 5 ms, une intensité maximale de 23 A. Les condi- tions restant les mêmes (résistance, température, etc...), la montée de l'intensité IN,marche se fait toujours suivant la même forme caractéristique pour une même tension appliquée UN. Cette augmente est définie par la formule suivante: mardi e R (1 e ') U = tension R = résistance I o t = temps L = inductance.

Les conditions étant par ailleurs les mêmes, pour une tension U2 plus élevée on aura une montée plus raide de l'intensité IP,marche. La figure 3 montre que pour une commande avec une tension de 18 volts et une même durée de commande, l'augmentation de l'intensité IP,marche sera plus rapide qu'avec une tension de 12 volts et on atteindra une intensité maximale d'environ 35 A. Pour éviter de détruire les composants par une intensité trop élevée, habituellement en cas de dépassement d'une certaine tension ou d'une certaine intensité, on coupe les composants.

En variante, comme le montre la figure 4, on réduire la du-rée de commande. L'intensité maximale]:N,marche que l'on atteint sous une tension de 12 volts après une durée de 5 ms et qui correspond à 23 A s'obtient après une durée d'environ 1;,5 ms sous une tension U3 de 18 volts. Grâce à de telles mesures, les composants sont certes protégés contre une charge d'intensité trop élevée mais on peut se demander si ces composants continuent de fonctionner correctement, en particulier dans le cas de durées de commande aussi brèves. Si par exemple on commande seulement brièvement une électrovanne, la transmission d'énergie à l'induit de l'électrovanne peut être tellement faible que cela ne garantit son ouverture ou sa fermeture.

La figure 5 montre le chronogramme de l'intensité IP,marche et de la tension Up d'un dispositif d'actionnement selon l'invention exposé à une tension Up de 18 volts supérieure à la tension normale UN, fixée. La tension normale UN peut être définie librement et dans l'exemple de réalisation considéré elle correspond à 12 volts. La montée en intensité, caractéristique, qui s'établit avec une telle tension normale UN, est connue comme cela a été décrit et correspond de manière définie à une augmentation normale d'intensité IN,marche. Pour garantir le même fonctionnement d'un composant avec des tensions différentes, selon l'invention, pour des tensions Up supérieures à la tension normale UN, on applique une tension impulsionnelle Up. Aussi longtemps qu'une impulsion de tension est appliquée, l'intensité IP,marche augmente selon la tension appliquée Up. Pendant un intervalle de tension, l'intensité IP,marche diminue de manière correspondante. Les durées des impulsions et les pauses entre les impulsions de la tension pulsée Up sont choisies pour que la courbe d'intensité IP,marche corresponde en moyenne pratiquement à l'augmentation normale Io de l'intensité IN,marche. Le courant IP,marche varie ainsi autour de l'augmentation normale IN,marche d'une largeur de variation Al. On a la relation suivante: 11' ,marche (t, [IN,marche Cela signifie qu'à chaque instant ti, l'intensité Ip,marche(ti) se situe dans un intervalle défini par l'intensité IN,marche d'une augmentation normale d'intensité à l'instant ti et d'une largeur de variation tolérée AI de l'intensité. La largeur de variation AI diminue avec l'augmentation de la fréquence de la cadence de la tension impulsionnelle Up ou en cas de régulation rapide.

Selon les conditions prédéfinies, il est prévu dans un exemple de réalisation de mesurer l'intensité réelle et de la mesurer à l'intensité de consigne fixée selon l'augmentation normale de l'intensité IN, marche(ti) à l'instant de mesure ti. Si l'intensité réelle dépasse l'intensité de consigne on coupe l'impulsion de tension; si l'intensité réelle est en dessous de l'intensité de consigne on rétablit la tension. En introduisant par exemple des seuils appropriés pour cadencer la tension ou à l'aide de mécanismes de régulation appropriés on garantit le maintien de la courbe d'intensité IP,marche dans l'intervalle d'intensité toléré. Une telle régulation peut utiliser par exemple une modulation de largeur d'impulsion, caractéristique (MLIPWM) ; un appareil de commande transmet ainsi à l'étage de puissance un signal MLI modifié qui commande alors le composant correspondant. Un tel procédé transforme l'étage de puissance en un étage de puissance commandé en intensité.

Selon un autre exemple de réalisation, on enregistre dans un champ de caractéristiques des grandeurs caractéristiques appropriées pour différentes tensions dans un élément de commande, par exemple dans un composant de mémoire morte (ROM) ce qui permet d'appeler les grandeurs caractéristiques correspondant à une certaine tension et fournir ainsi un signal de commande approprié pour l'alimentation d'un composant.

On peut en outre envisager de tenir compte de la fonction de température des composants en modélisant par exemple l'influence de la température ou en la mesurant et en enregistrant des grandeurs de cor-rection appropriées dans un champ de caractéristiques. Dans le cas de l'étage de puissance commandé par l'intensité décrit dans le premier to exemple de réalisation, la compensation de la température existe toujours implicitement. Comme l'intensité réelle est toujours réglée sur une intensité de consigne dépendant de la température, la variation d'intensité réelle occasionnée par la température ne joue aucun rôle.

Le procédé selon l'invention a en outre l'avantage de pouvoir gérer par une commande appropriée de la modulation MLI, par exemple une soupape de commande de débit même pour des tensions élevées pro-duites par exemple dans le cas d'un démarrage amplifié (boosté). En outre la commande reproductible des composants améliore par exemple le comportement à l'ouverture et à la fermeture. Par une commande appropriée d'une soupape ou vanne de réglage de débit on peut mieux réguler la pression dans la rampe.

On peut en outre envisager une tension pulsée (par exemple en modulation de largeur d'impulsion) seulement pour certaines plages de tension, par exemple pour une plage de 6-24 volts ou seulement pour des tensions supérieures à 12 volts, assurant ainsi une fonction de protection.

Selon un autre développement, la tension normale ou augmentation normale de l'intensité sont fixées de façon que les composants travaillent dans une plage de fonctionnement optimale qui est de façon caractéristique la tension minimale pour le mode normal. En outre, les composants, en particulier le circuit magnétique et les bobines, peuvent être conçus de façon optimale suivant la température de fonctionnement.

Il est en outre avantageux que le procédé selon l'invention permette d'éviter tout allongement non voulu du temps de commutation des composants, en particulier d'un composant équipé d'une diode de roue libre.

Le procédé selon l'invention, qui garantit une montée de l'intensité caractéristique et reproductible en cas de sous-tension appliquée à un composant, permet d'autres développements avantageux.

L'augmentation d'intensité, reproductible, augmente par exemple la précision du dosage d'injecteur. Cela permet d'éviter toute application compliquée du comportement non linéaire liée à la commande différente des composants. La plage de fonctionnement des composants peut être éten- due de manière significative par exemple par le fonctionnement amplifié. En outre, on dispose de plus grands degrés de liberté et de conception des composants. Vis-à-vis d'une commande non compensée, la perte de puissance est faible et on arrive à un dégagement de chaleur plus faible. La limitation de l'intensité assure en outre la protection des composants et des éléments périphériques tels que les chemins conducteurs, les connexion, câbles, etc....

On évite en outre un allongement non souhaitable de la du-rée de commutation des composants en particulier des composants équipés d'une diode de roue libre, sur les tensions élevées. Sans le procédé de l'invention, aux tensions élevées, du fait de l'intensité plus importante, l'inductance du composant emmagasine plus d'énergie magnétique que pour des tensions plus faibles. Lors de la coupure des composants cela rallonge le temps d'extinction. Ainsi, par exemple pour des tensions élevées, la durée d'attraction peut être raccourcie dans certaines limites mais globalement la durée de commutation qui est la somme de la durée d'attraction et de la durée d'extinction est plus longue.

Les augmentations d'intensité peuvent être provoquées non seulement par des tensions plus élevées mais également par la variation de la résistance ohmique des composants. La résistance ohmique dépend de la température et elle diminue de manière caractéristique lorsque la température diminue. Si par exemple la température d'un composant est inférieure à la température de fonctionnement au moment de la mise en route, alors sans le procédé de l'invention, l'augmentation de l'intensité sera plus rapide à cause de la résistance plus faible. L'intensité maximale plus élevée se traduit néanmoins par des durées de commutation globalement plus longues. L'adaptation de l'intensité selon l'invention évite de telles variations de durée de commutation dépendant de la température.

Selon un autre développement, dans une période de commutation des composants, on utilise des signaux MLI différents et ainsi des intensités différentes. Lors de l'attraction des composants on réserve une intensité plus élevée et lors de l'accrochage on aura une intensité plus faible.

Selon un autre développement, on envisage d'influencer l'évolution chronologique de l'augmentation d'intensité lors du branche-ment de la charge inductive d'une manière quelconque. Par exemple, on pourra faire augmenter tout d'abord plus rapidement l'intensité et de pas- ser ensuite à une augmentation d'intensité plus faible ou constante. Grâce au choix et à la forme différente donnée aux longueurs d'impulsions et aux pauses d'impulsions de la tension électrique ainsi qu'à la fréquence et à l'amplitude et aussi à la forme des impulsions, on dispose de multiples possibilités d'influencer l'augmentation de l'intensité.

Selon un autre exemple de réalisation, au démarrage du moteur à combustion interne on commande une soupape de débit. La commande se fait de manière caractéristique sur une durée relativement longue et ainsi la soupape de commande de débit sera sollicitée thermiquement de manière importante. Dans le cas du concept d'ouverture en cas de coupure de courant, il faut alimenter en électricité la soupape de commande de débit pendant toute la phase de démarrage pour réaliser le démarrage à haute pression du moteur à combustion interne. Pour fermer la soupape de commande de débit il faut appliquer une intensité relative-ment importante. Ensuite, on peut diminuer l'intensité du courant pour maintenir accrochée la soupape de commande de débit de sorte que la sollicitation thermique de la soupape sera significativement plus faible et qu'en outre on consommera moins d'énergie.

On peut également envisager d'alimenter en électricité la soupape de commande de débit avant d'actionner le démarreur du moteur à combustion interne si la tension de la batterie est par exemple faible aux basses températures. Avant d'actionner le démarreur, la tension de batte-rie disponible, sera toujours plus élevée (par exemple 8 volts) que pendant l'actionnement du démarreur (par exemple 6 volts). Pendant l'actionnement du démarreur, la soupape de commande de débit est déjà actionnée et la tension nécessaire à l'accrochage de la soupape de commande de débit est plus faible (par exemple 4 volts).

2865066 lo

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de gestion d'une charge inductive fonctionnant dans un véhicule avec des tensions électriques d'amplitudes différentes, caractérisé en ce qu' on influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive par la sélection des longueurs d'impulsions et des pauses d'impulsions de la tension électrique.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on influence l'augmentation de l'intensité dans la charge inductive seule-ment si l'amplitude de la tension électrique dépasse une tension normale.

3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour des tensions électriques supérieures à la tension normale, on sélectionne la durée des impulsions et la pause des impulsions de la tension électrique de façon que l'augmentation de l'intensité corresponde pour l'essentiel à l'augmentation de l'intensité qui s'établit de façon caractéris- tique dans la charge inductive lorsqu'on applique la tension normale.

4 ) Dispositif d'actionnement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement est une soupape de commande de débit et la durée de l'alimentation de la soupape de commande de débit a une durée telle que la soupape de commande de débit se ferme ou s'ouvre avec certitude.

5 ) Appareil de commande pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' un support de mémoire contient comme enregistrement les grandeurs caractéristiques des différentes tensions pour générer les impulsions de ten-35 sion.

6 ) Elément de commande, notamment mémoire morte (ROM) ou mémoire flash pour un appareil de commande destiné à gérer au moins un disposi- 2865066 Il tif d'actionnement comprenant une charge inductive avec des tensions électriques différentes dans un véhicule automobile, contenant un pro-gramme exécuté dans un calculateur notamment dans un microprocesseur pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des

revendications 1 à 3.