FR2974417A1

FR2974417A1 - Systeme et procede pour estimer un courant de commande

Info

Publication number: FR2974417A1
Application number: FR1101250A
Authority: FR
Inventors: Alain Lucchese
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: FR2974417B1

Abstract

Procédé pour estimer un courant de commande, mis en œuvre dans un système comprenant un actionneur (3) présentant une résistance (Rx) une unité de commande (1) comprenant un microcontrôleur avec un convertisseur analogique numérique (12), un circuit de commande (24) avec un pilote de commande (2) un capteur de température (4) de l'unité de commande (1), une première ligne de relecture (8) adaptée pour lire la tension sur la sortie de commande (Vout), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a- acquérir la température (T) b- évaluer une résistance équivalente RON, représentant la résistance existante sur le circuit de commande dans l'unité de commande, en fonction d'un estimateur de formule RON = F(T), c1 - acquérir la tension Vout, f1- en déduire une estimation du courant de commande

Description

La présente invention est relative aux dispositifs de commande utilisant un pilote de commande à semi-conducteurs de puissance pour commander un actionneur. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif et un procédé pour déterminer un courant de commande passant dans le pilote de commande et dans l'actionneur et pour estimer en outre la résistance de l'actionneur afin d'en déduire sa température, notamment pour les pilotes utilisant un transistor MOS. Il est connu, dans l'art antérieur, des systèmes et procédés pour déterminer un courant de commande passant dans le pilote de commande et dans l'actionneur, à l'aide d'une résistance de faible valeur, aussi appelée `shunt', agencée en série sur le circuit de commande. La présence d'un tel shunt induit une chute de tension et des pertes par effet joule dans le circuit de commande qui imposent des contraintes de conception. Par ailleurs, cela nécessite de procéder à une mesure de tension différentielle aux bornes du shunt, faisant appel par exemple à un amplificateur différentiel. Ce genre de solution est par conséquent coûteux.

La présente invention a pour but de proposer une solution plus économique pour estimer le courant de commande passant dans le pilote de commande et dans l'actionneur, notamment pour les pilotes utilisant un transistor MOS. L'invention propose un procédé pour estimer un courant de commande, mis en oeuvre dans un système comprenant : - un actionneur présentant une résistance Rx, - une unité de commande comprenant - un microcontrôleur avec un convertisseur analogique numérique ayant une référence de tension Vref, - un circuit de commande avec un pilote de commande et une sortie de 25 commande couplée à l'actionneur, - un capteur de température agencé pour mesurer la température au niveau de l'unité de commande, - une première ligne de relecture adaptée pour lire une tension Vout sur la sortie de commande du circuit de commande, 30 ledit procédé comprenant les étapes consistant à: a- acquérir une valeur T de la température au niveau de l'unité de commande grâce au capteur de température, b- évaluer une résistance équivalente RON, représentant la résistance existante sur le circuit de commande dans l'unité de commande, en 35 fonction de la température au moyen d'un estimateur de formule RON = F(T), c1- acquérir une valeur Vout de la tension présente sur la première ligne de relecture de l'unité de commande, f1- en déduire une estimation lx du courant de commande par la formule lx=Vout/RON Grâce à ces dispositions, il est possible d'estimer le courant de commande passant dans le pilote de commande et dans l'actionneur, et ceci sans avoir recours à un shunt. Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes. 10 Le système peut comprendre en outre dans la première ligne de relecture un premier circuit conditionneur de gain Kcom, et le procédé peut alors comprendre l'étape d-, entre l'étape cl- et l'étape f1-, et consistant à conditionner la tension Vout lue sur la première ligne de relecture en une première tension conditionnée Vcom grâce au premier circuit conditionneur et à numériser cette tension conditionnée en une première valeur 15 numérique Ncom fournie sur une première entrée numérique du microcontrôleur. En outre l'étape f1- peut être réalisée sous la forme d'une estimation de l'image Nlx du courant de commande lx par la formule : NIx = Kcom*RON*2N N étant le nombre de bits significatifs du convertisseur analogique numérique. 20 Ainsi, l'estimation de l'image du courant ainsi obtenue peut être utilisée de manière numérique et peut aisément être traitée dans le microcontrôleur. Le procédé permet également d'estimer une résistance Rx d'actionneur, le système comprenant alors une deuxième ligne de relecture adaptée pour lire la tension d'alimentation VB de l'actionneur, comprenant un deuxième circuit conditionneur de 25 gain Ke, l'étape cl- pouvant alors être complétée par une étape c2- consistant à acquérir simultanément une valeur VB de la tension présente sur la deuxième ligne de relecture de l'unité de commande et comprenant également les étapes consistant à : e- conditionner la tension lue VB sur la deuxième entrée en une deuxième tension conditionnée Ve et à numériser cette tension conditionnée en 30 une deuxième valeur numérique Ne fournie sur une deuxième entrée numérique du microcontrôleur, f2- en déduire une estimation de la résistance de l'actionneur Rx selon la formule : Rx - Kcom * Ne - Ke * Ncom * RON Ke * Ncom Ncom * Vref Ainsi, l'estimation de résistance de l'actionneur est obtenue de manière numérique et peut aisément être traitée dans le microcontrôleur, pour en déduire par exemple la température de l'actionneur. La résistance existante RON sur le circuit de commande dans l'unité de commande est établie en fonction d'un estimateur de formule RON = Kc (A2*T2 + A1*T + Ao), où A2, A,, Ao sont des coefficients prédéfinis et où Kc est un paramètre propre à l'unité de commande. Le procédé peut comprendre en outre une étape préalable d'étalonnage, mis en oeuvre à la fin du processus de fabrication de l'unité de commande, dans laquelle le coefficient Kc est calculé en fonction d'une ou plusieurs mesures de courant circulant dans le circuit de commande lorsque le circuit de commande 24 commande une ou plusieurs charges étalons correspondantes. Ainsi les coefficients A2, AI, Ao et Kc caractérisent effectivement l'unité de commande en question, ils peuvent être établis une fois pour toute et peuvent être 15 stockés dans le mémoire de l'unité de commande. De plus, selon le procédé, l'instant choisi pour échantillonner la première valeur Vout et la deuxième valeur VB est prédéterminé et choisi de sorte que la période transitoire du courant de commande est écoulée, de sorte que la composante inductive de l'impédance de l'actionneur n'intervient pas dans l'estimation de la résistance 20 d'actionneur. Selon un autre aspect, l'invention vise un système adapté pour estimer un courant de commande, ledit système comprenant : - un actionneur présentant une résistance Rx - une unité de commande comprenant 25 - un microcontrôleur avec un convertisseur analogique numérique ayant une référence de tension Vref, - un circuit de commande avec un pilote de commande et une sortie de commande couplée à l'actionneur, et présentant une résistance RON représentant la résistance existante sur le circuit de commande dans l'unité 30 de commande, un capteur de température agencé pour mesurer la température au niveau de l'unité de commande, - une première ligne de relecture adaptée pour lire une valeur Vout de tension sur la sortie de commande, 35 ledit microcontrôleur étant arrangé pour estimer une valeur lx du courant passant dans le pilote de commande au moyen de la formule lx = Vout / RON.

Ainsi, il est possible d'estimer le courant de commande passant dans le pilote de commande et dans l'actionneur sans avoir recours à un shunt. La résistance existante RON sur le circuit de commande dans l'unité de commande peut être établie par le microcontrôleur en fonction d'un estimateur de formule RON = Kc (A2*T2 + A1*T + Ao), où A2, A,, Ao sont des coefficients prédéfinis et où Kc est un paramètre propre à l'unité de commande, de préférence obtenu par une étape d'étalonnage exécutée à la fin du processus de fabrication de l'unité de commande. Ainsi les coefficients A2, A,, Ao et Kc caractérisent effectivement l'unité de commande 1 en question, ils peuvent être établis une fois pour toute et peuvent être stockés dans le mémoire de l'unité de commande. Le système peut en outre être adapté pour estimer une résistance d'actionneur, ledit système comprenant alors en outre une deuxième ligne de relecture adaptée pour lire une valeur VB de la tension d'alimentation de l'actionneur, comprenant un deuxième circuit conditionneur de gain Ke, ledit microcontrôleur étant arrangé pour estimer une résistance Rx de l'actionneur au moyen de la formule : Rx = Kcom * Ne - Ke * Ncom * RON Ke * Ncom Kcom étant le gain d'un premier circuit conditionneur intégré à la première ligne de relecture. Ainsi, l'estimation de résistance de l'actionneur Rx est obtenue de manière 20 numérique et peut aisément être traitée dans le microcontrôleur, pour en déduire par exemple la température de l'actionneur. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints sur lesquels : 25 - la figure 1 présente le système de commande selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue plus détaillée du système de commande de la figure 1, la figure 3 représente un chronogramme illustrant le procédé mis en oeuvre dans système de commande de la figure 1. 30 Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 et la figure 2 montrent un système de commande qui comprend une unité de commande 1 adaptée pour commander un actionneur 3. L'actionneur 3 présente une impédance ayant une composante résistive Rx 35 notée 32 et éventuellement une composante inductive 31. L'actionneur 3 est alimenté par une tension d'alimentation VB. La tension aux bornes de l'actionneur 3 est notée Vx et le courant qui le parcourt est noté lx. En régime de courant établi, comme illustré sur la figure 3, la composante inductive de l'actionneur n'influe plus sur la tension Vx, seule la résistance Rx intervient. L'actionneur 3 est également relié à une broche de sortie 7 de l'unité de 5 commande 1 grâce à un conducteur 22. La tension (également appelée tension de commande) prévalant sur la broche de sortie 7 est notée Vout. L'unité de commande 1 comprend un microprocesseur 11 et un convertisseur analogique numérique 12 qui peuvent le cas échéant se trouver intégrés dans un microcontrôleur 10. En outre, l'unité de commande 1 comprend un circuit de 10 commande 24 comportant une piste conductrice, un pilote de commande 2, et un point de masse 6a raccordé à une masse générale 6 de l'unité de commande 1. La résistance équivalente du pilote de commande 2 entre drain et source (cf. figure 1) à l'état passant est notée RDSon (cf. figure 2) comme connu dans l'art et les résistances additionnelles présentes dans le circuit de commande 24 sont représentées par une valeur notée Rp, de 15 sorte que la résistance totale RON du circuit de commande 24 peut s'écrire : RON = RDSon + Rp. Cette valeur dépend de la température (RON = F(T)), selon une fonction F qui sera détaillée plus loin. L'unité de commande 1 comprend une première ligne de relecture 8 sur la 20 broche de sortie 7 adaptée pour lire la tension de commande Vout ; la première ligne de relecture 8 comprend un premier circuit de conditionnement 14, lequel est relié à une entrée du convertisseur analogique numérique 12. Après numérisation, le signal Ncom est délivré sur une première entrée 61 du microcontrôleur 11. Par ailleurs, l'unité de commande 1 comprend un capteur de température 4 25 mesurant la température ambiante dans l'unité de commande, agencé de telle sorte que la température mesurée est très voisine de la température prévalant dans l'environnement du pilote de commande 2. Ce capteur de température 4 peut être formé par une résistance variable de type CTN (à Coefficient de Température Négatif) ou tout autre élément pouvant faire 30 office de capteur de température ; la valeur de la résistance est lue et numérisée comme connu en soi. L'impédance de la première ligne de relecture 8 est élevée et on peut négliger le courant consommé, de sorte que le courant Ip parcourant le circuit de commande 24 peut être identifié au courant lx qui traverse l'actionneur. 35 La tension aux bornes du pilote 2 est notée VDS. Selon un aspect optionnel de l'invention, l'unité de commande 1 comprend en outre une deuxième ligne de relecture 9 adaptée pour lire la tension d'alimentation VB présente sur la borne `point chaud' de l'actionneur, reliée à une entrée 21 par un fil conducteur 20. La deuxième ligne de relecture 9 présente également une impédance élevée et comprend un deuxième circuit de conditionnement 13, lequel est relié à une entrée du convertisseur analogique numérique 12. Après numérisation, le signal Nc est délivré sur une deuxième entrée 62 du microcontrôleur 11. Le procédé selon l'invention comprend au moins les étapes suivantes : a- acquérir la température (T) grâce au capteur de température 4, b- évaluer la résistance équivalente RON, représentant la résistance existante sur le circuit de commande 24 dans l'unité de commande 1, en 10 fonction d'un estimateur de formule RON = F(T), cl- acquérir la tension Vout présente sur la première ligne de relecture 8 de l'unité de commande 1, f1- en déduire une estimation du courant de commande lx par la formule : lx=Vout/RON 15 Avantageusement selon l'invention, les données lues sont traitées numériquement. Dans ce contexte, le gain du premier circuit de conditionnement 14 est noté Kcom et le gain du deuxième circuit de conditionnement 13 est noté Ke. On peut alors écrire Vcom = Kcom * Vout 20 Ve=Ke*VB Le convertisseur analogique numérique 12 a un nombre de bits significatifs N et a pour référence de tension la tension Vref. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend en outre l'étape suivante, entre l'étape cl- et l'étape f1- : 25 d- conditionner la tension Vout lue sur la broche de sortie 7 de la première ligne de relecture 8 en une première tension conditionnée Vcom grâce au premier circuit conditionneur 14, numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique Ncom fournie sur une première entrée numérique 61 du microcontrôleur 11, 30 telle que : Ncom = -- N * Kcom * Vout Vref Vref Dans ces conditions, l'étape f1- est réalisée sous la forme d'une estimation de l'image NIx du courant de commande lx par la formule : NIx= Ncom * Vref Kcom*RON*2N Selon un autre aspect de l'invention, l'étape c1- est complétée par une étape c2- décrite ci-après c2- acquérir simultanément la tension Ve présente sur la deuxième ligne de relecture 9 de l'unité de commande 1.

De plus, le procédé comprend l'étape e- entre c2- et f1- : e- conditionner la tension VB lue sur la deuxième entrée 21 en une deuxième tension conditionnée Ve, numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique Ne fournie sur une deuxième entrée numérique 62 du microcontrôleur, et aussi l'étape f2- : f2- en déduire une estimation de la résistance de l'actionneur Rx par la formule : Rx = Kcom * Ne - Ke * Ncom * RON Ke * Ncom Grâce à l'estimation de la résistance de l'actionneur Rx, on peut en déduire, moyennant l'utilisation d'une courbe de correspondance Température-Résistance, la température de l'actionneur 3. Si la température est supérieure à un seuil prédéterminé, le logiciel contenu dans l'unité de commande 1 peut contenir des instructions visant à protéger l'actionneur 3 contre un endommagement par température excessive. Selon un autre aspect de l'invention, la résistance totale du circuit de commande 24 peut s'écrire RON = F(T) = Kc (A2*T2 + A1*T + Ao), où A2, A,, Ao sont des coefficients prédéfinis, liés aux caractéristiques du transistor MOS 2 et aux caractéristiques résistives du circuit de commande 24, et où Kc est un paramètre propre à l'unité des commande 1 dont il sera question ci-après.

Les coefficients A2, A,, Ao sont obtenus par des mesures sur un lot de transistors MOS 2 et/ou sur un échantillonnage de plusieurs unités de commande 1. Les coefficients A2, A,, Ao ainsi obtenus sont communs à une série d'unités de commande 1. Pour être plus précis, on utilise en outre un coefficient de correction Kc, propre à chaque exemplaire d'unité de commande 1.

Le coefficient Kc peut être obtenu par une étape initiale d'étalonnage, mise en oeuvre par exemple à la fin du processus de fabrication de l'unité de commande 1. Le coefficient Kc est calculé en fonction d'une ou plusieurs mesures de courant circulant dans le circuit de commande 24 lorsque le circuit de commande 24 commande une ou plusieurs charges étalons correspondantes, par exemple des résistances calibrées, par exemple à une température de référence T0.

Selon un autre aspect de l'invention, en particulier lorsqu'il s'agit d'estimer la composante résistive Rx de l'actionneur 3, l'instant choisi pour échantillonner la première tension et la deuxième tension est prédéterminé et choisi de sorte que la période transitoire du courant de commande est écoulée, comme illustré en particulier sur la Figure 3. La commande débute à l'instant 40 où le pilote de commande 2 est basculé à l'état passant. Il s'ensuit une période transitoire 41 pendant laquelle le courant augmente et où la composante inductive 31 se charge en énergie. Après un certain temps, la phase transitoire du courant de commande est terminée et le courant s'établit à un niveau constant. L'instant choisi 42 pour échantillonner les valeurs de tension est positionné après la phase transitoire du courant de commande, dans la phase de courant établi, et la composante inductive 31 de l'impédance de l'actionneur n'intervient alors plus dans les calculs de tension. A l'instant 43 le pilote de commande 2 est basculé à l'état bloqué et le courant diminue rapidement 44 vers O. L'instant prédéterminé choisi 42 pour échantillonner les tensions est choisi en fonction du type de l'actionneur et notamment de sa composante inductive 31. Il est à noter que la présente invention convient tout particulièrement aux pilotes de commande utilisant des transistor MOS, mais n'exclut pas l'utilisation d'autre type de semi-conducteur moyennant une sophistication éventuelle de la fonction F dans l'estimateur RON = F(T).

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour estimer un courant de commande, mis en oeuvre dans un système comprenant - un actionneur (3) présentant une résistance Rx - une unité de commande (1) comprenant : - un microcontrôleur (11) avec un convertisseur analogique numérique (12) ayant une référence de tension Vref, - un circuit de commande (24) avec un pilote de commande (2) et une sortie de commande (7) couplée à l'actionneur (3), - un capteur de température (4) agencé pour mesurer la température au niveau de l'unité de commande (1), - une première ligne de relecture (8) adaptée pour lire une tension Vout sur la sortie de commande (7) du circuit de commande (24), ledit procédé comprenant les étapes consistant à : a- acquérir une valeur T de la température au niveau de l'unité de commande (1) grâce au capteur de température (4), b- évaluer une résistance équivalente RON, représentant la résistance existante sur le circuit de commande (24) dans l'unité de commande (1), en fonction de la température au moyen d'un estimateur de formule RON = F(T), F étant une fonction, c1- acquérir une valeur Vout de la tension présente sur la première ligne de relecture (8) de l'unité de commande (1), f1- en déduire une estimation lx du courant de commande par la formule lx = Vout / RON
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le système comprend en outre dans la première ligne de relecture (8) un premier circuit conditionneur (14) de gain Kcom, le procédé comprenant, entre l'étape cl- et l'étape f1-, l'étape d- consistant à conditionner la tension Vout lue sur la première ligne de relecture (8) en une première tension conditionnée Vcom grâce à un premier circuit conditionneur (14) et à numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique Ncom fournie sur une première entrée numérique (61) du microcontrôleur (11),l'étape f1- dudit procédé étant réalisée sous la forme d'une estimation de l'image Nix du courant de commande lx selon la formule : NIx Ncom * Vref = Kcom*RON*2N N étant le nombre de bits significatifs du convertisseur analogique numérique (12).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, pour estimer en outre une résistance Rx d'actionneur (3), le système comprenant alors une deuxième ligne de relecture (9) adaptée pour lire la tension d'alimentation VB de l'actionneur (3), comprenant un deuxième circuit conditionneur (13) de gain Ke, ledit procédé ayant l'étape cl-complétée par une étape c2- consistant à acquérir simultanément une valeur VB de la tension présente sur la deuxième ligne de relecture (9) de l'unité de commande (1) et comprenant en outre les étapes e- et f2- consistant à : e- conditionner la tension lue VB sur la deuxième entrée (21) en une deuxième tension conditionnée Ve et à numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique Ne fournie sur une deuxième entrée numérique (62) du microcontrôleur (11), f2- en déduire une estimation de la résistance de l'actionneur Rx selon la formule : Kcom * Ne - Ke * Ncom * RON Ke * Ncom
4. Procédé, selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la résistance existante RON sur le circuit de commande (24) dans l'unité de commande (1) est établie en fonction d'un estimateur de formule RON = Kc (A2*T2 + A1*T + Ao), où A2, A,, Ao sont des coefficients prédéfinis et où Kc est un paramètre propre à l'unité de commande (1).
5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre une étape préalable d'étalonnage, à la fin du processus de fabrication de l'unité de commande (1), dans laquelle le coefficient Kc est calculé en fonction d'une ou plusieurs mesures de courant circulant dans le circuit de commande (24) lorsque le circuit de commande (24) commande une ou plusieurs charges étalons correspondantes.
6. Procédé selon l'unes des revendications précédentes, dans lequel l'instant choisi pour échantillonner la première valeur Vout et la deuxième valeur VB est prédéterminé et choisi de sorte que la période transitoire du courant de commande est écoulée.
7. Système adapté pour estimer un courant de commande, ledit système comprenant - un actionneur (3) présentant une résistance Rx - une unité de commande (1) comprenant - un microcontrôleur (11) avec un convertisseur analogique numérique (12) ayant une référence de tension Vref, - un circuit de commande (24) avec un pilote de commande (2) et une sortie de commande (7) couplée à l'actionneur (3) et présentant une résistance RON représentant la résistance existante sur le circuit de commande (24) 10 dans l'unité de commande (1), - un capteur de température (4) agencé pour mesurer la température au niveau de l'unité de commande (1), - une première ligne de relecture (8) adaptée pour lire une valeur Vout de tension sur la sortie de commande (7), 15 ledit microcontrôleur (11) étant arrangé pour estimer une valeur lx du courant passant dans le pilote de commande au moyen de la formule lx = Vout / RON
8. Système selon la revendication 7, dans lequel la résistance existante RON sur le circuit de commande (24) dans l'unité de commande est établie par le microcontrôleur 20 en fonction d'un estimateur de formule RON = Kc (A2*T2 + A1*T + Ao), où A2, A,, Ao sont des coefficients prédéfinis, et où Kc est un paramètre propre à l'unité de commande (1) de préférence obtenu par une étape d'étalonnage exécutée à la fin du processus de fabrication de l'unité de commande (1).
9. Système selon l'une des revendications 7 ou 8, adapté pour estimer un 25 courant de commande et une résistance d'actionneur, ledit système comprenant en outre une deuxième ligne de relecture (9) adaptée pour lire une valeur VB de la tension d'alimentation de l'actionneur (3), comprenant un deuxième circuit conditionneur (13) de gain Ke, ledit microcontrôleur (11) étant arrangé pour estimer une résistance Rx de l'actionneur (3) au moyen de la formule : Rx = Kcom * Ne - Ke * Ncom * RON Ke * Ncom Kcom étant le gain d'un premier circuit conditionneur (14) intégré à la première ligne de relecture (8). 30