FR3119592A1 - Unité de commande électronique d’un moteur d’un frein de stationnement électrique avec un convertisseur Boost - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une unité de commande électronique (1) d’un moteur (2) d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile qui comprend convertisseur Boost (7) monté sur le circuit d’alimentation (3) et agencé pour augmenter la valeur de la tension d’alimentation fournie à des moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2). L’invention concerne également un procédé d’actionnement d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile par une unité de commande électronique (1) et un tel véhicule automobile. Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des freins de stationnement électriques et plus précisément aux unités de commande électronique des moteurs de ces freins.
On connaît déjà, dans l'état la technique, des unités de commande électronique permettant de contrôler la mise en rotation d’un moteur de freins de stationnement électriques. Ces unités de commande comprennent un microcontrôleur leur permettant de contrôler l’alimentation en courant électrique en provenance de la batterie électrique du véhicule et de fournir une tension d’un pont en H permettant de commander le sens et la vitesse de rotation du moteur du frein de stationnement électrique.
De telles unités de commande doivent garantir une grande réactivité de mise en rotation du moteur du frein de stationnement électrique en situations d’urgence. De telles situations d’urgences peuvent se manifester, par exemple, lors d’une défaillance du circuit de freinage hydraulique, le frein de stationnement électrique étant utilisé comme frein de secours. Il est alors souhaitable que la vitesse du moteur soit maximale, la vitesse de rotation du moteur - et par extension sa mise en rotation - dépendant de la tension d’alimentation qu’est capable de délivrer par la batterie électrique. Par conséquent, lorsque la batterie électrique est défaillante, on doit avoir prévu un palliatif pour garantir un freinage réactif du frein de stationnement électrique.
Des solutions permettant de palier une défaillance de la batterie existent, par exemple, l’utilisation d’une seconde batterie électrique. Néanmoins, les solutions connues, bien qu’efficaces, sont onéreuses et complexifient l’unité de commande électronique.
L'invention a notamment pour but de garantir une grande réactivité du moteur du frein de stationnement électrique sans complexifier l’unité de commande électronique.
A cet effet l’invention a pour objet une unité de commande électronique d’un moteur d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile comprenant :
- un circuit d’alimentation pour l’alimentation du moteur en courant électrique,
- un microcontrôleur,
- des moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur permettant d’en commander le sens et la vitesse de rotation, ces moyens étant montés sur le circuit d’alimentation et commandés par le microcontrôleur,
- un commutateur monté sur le circuit d’alimentation et commandé par le microcontrôleur pour autoriser une circulation de courant électrique dans le circuit d’alimentation,
- un convertisseur Boost monté sur le circuit d’alimentation et agencé pour augmenter la valeur de la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur.
Selon l’invention un convertisseur Boost est un élément permettant d’augmenter la valeur de la tension d’alimentation en provenance d’une source électrique (par exemple : une batterie électrique) afin de délivrer une valeur de tension supérieure vers un organe cible (par exemple : un pont en H). Un tel convertisseur Boost (également appelé hacheur parallèle) est généralement composé d’un interrupteur dont l’état d’ouverture est contrôlé par le microcontrôleur, d’une inductance accumulant de l’énergie sous forme magnétique lorsque l’interrupteur est fermé, énergie qui s’additionne à celle de la batterie lorsque l’interrupteur est ensuite ouvert, une diode et un condensateur.
Ainsi, grâce au convertisseur Boost et à son montage sur le circuit d’alimentation, l’unité de commande électronique de l’invention permet d’augmenter la valeur de la tension d’alimentation en provenance de la batterie électrique du véhicule de sorte à délivrer une tension d’alimentation aux bornes du moteur toujours suffisante pour garantir une grande réactivité de mise en rotation et une vitesse de rotation importante quel que soit l’état de charge de la batterie. De plus, l’augmentation de cette valeur de tension d’alimentation permet de réduire la durée du freinage. Ces deux avantages se traduisent par un freinage plus réactif et plus court par le frein de stationnement électrique, ce qui permet de répondre au mieux aux situations d’urgence.
Avantageusement, l’unité de commande électronique comprend un deuxième commutateur monté sur le circuit d’alimentation et commandé par le microcontrôleur pour isoler la sortie du convertisseur Boost.
Ainsi, il est possible de passer simplement et rapidement d’un circuit d’alimentation où la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur dépend uniquement de la source électrique à un circuit d’alimentation où la tension d’alimentation est augmentée grâce au passage du courant dans le convertisseur Boost, et ce grâce à une simple commande du deuxième commutateur par le microcontrôleur. Il est ainsi possible d’activer le convertisseur Boost uniquement lors des périodes où le temps de réponse du frein doit être réduit (par exemple en cas de freinage d’urgence) ou lorsque l’état de charge de la batterie est insuffisant pour assurer le freinage souhaité. Dès lors, l’intégration du convertisseur Boost au sein de l’unité de commande électronique est plus simple car ledit convertisseur Boost ne requiert pas de composants résistants dans la durée puisqu’ils sont mis à contribution uniquement lors de phases ciblées qui sont courtes et peu fréquentes. A l’inverse, lorsque que l’unité de commande électronique de l’invention est dépourvue de deuxième commutateur, le convertisseur Boost, qui est alors en série avec la batterie électrique, est donc mis à contribution dès que le premier commutateur est activé. Par conséquent, il doit comprendre des composants plus résistants dans le temps, capables de supporter les tensions répétées qui peuvent le traverser. Ces composants sont généralement plus encombrants et plus chers.
Avantageusement, les moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur comprennent un étage de puissance à base de transistors, permettant ainsi de fixer la tension aux bornes d’un moteur à courant continu à plusieurs phases, par exemple un moteur à courant continu triphasé.
Avantageusement, les moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur comprennent un pont en H apte à contrôler la polarité aux bornes du moteur et un organe de commande des transistors du pont en H. De tels moyens sont particulièrement adaptés pour fixer la tension aux bornes d’un moteur à courant continu à deux phases.
Avantageusement, le microcontrôleur est apte à détecter une phase improductive de rotation du moteur. On entend par phase improductive de rotation du moteur une phase durant laquelle le moteur tourne et réduit des jeux au niveau des engrenages du moteur afin de réduire le temps relatif aux courses mortes. Durant cette phase, l’activation du moteur n’engendre pas de force de freinage.
Ainsi, le microcontrôleur déclenche le passage du courant au sein du convertisseur Boost, soit via le deuxième commutateur lorsque celui-ci est présent soit via le premier commutateur, après avoir préalablement détecté une phase improductive de rotation du moteur, ce qui permet de réduire la consommation d’énergie nécessaire au fonctionnement de l’unité de commande électronique. Une telle phase improductive de rotation du moteur peut intervenir par exemple directement après que le moteur a été mis en rotation en vue d’un freinage, lorsqu’aucune force de serrage n’ait mise en œuvre sur le frein.
L’invention a également pour objet un frein de stationnement électrique de véhicule automobile comprenant une unité de commande électronique selon l’une quelconque de ses variantes.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un tel frein de stationnement électrique
Enfin, l’invention a également pour objet un procédé d’actionnement d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile par une unité de commande électronique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- détection d’une phase improductive de rotation du moteur du frein de stationnement,
- activation d’un convertisseur Boost lorsque la phase improductive est détectée de sorte à fournir une tension d’alimentation d’une valeur prédéterminée à des moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur.
Ainsi, il est possible de garantir une valeur de tension d’alimentation aux bornes du moteur qui permette de mettre en rotation le moteur avec une vitesse de rotation adaptée pour un freinage réactif et court, le tout en réduisant au maximum la consommation électrique nécessaire en vue d’un tel freinage.
Avantageusement, la valeur de tension prédéterminée est supérieure à la valeur maximale de tension de la batterie électrique du véhicule et inférieure ou égale à la valeur de tension maximale supportée par le moteur du frein.
Ainsi, il est possible d’assurer une tension d’alimentation aux bornes du moteur qui est optimisée pour permettre un freinage tout aussi optimisé du frein de stationnement électrique. En effet, la valeur de tension d’alimentation est, dans cette variante du procédé de l’invention, très proche ou égale à la valeur de tension maximale supportée par le moteur du frein.
Avantageusement, on mesure le courant sur les moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur pour détecter la phase improductive de rotation du moteur.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée
On a représenté sur les figures 1 et 3 des unités de commande électronique 1 d’un moteur 2 d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile (non représenté) selon deux variantes d’un mode de réalisation de l’invention.
L’unité de commande électronique 1 telle que représentée à la comprend :
- un circuit d’alimentation 3 pour l’alimentation du moteur 2 en courant électrique, conçu pour aller d’une masse 9 du véhicule à la borne active VBAT de la batterie électrique du véhicule (non représentée et dont l’autre borne est reliée à la masse 9 du véhicule),
- un microcontrôleur 4,
- des moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 permettant d’en commander le sens et la vitesse de rotation, ces moyens 5 étant montés sur le circuit d’alimentation 3 et commandés par le microcontrôleur 4,
- un commutateur 6 monté sur le circuit d’alimentation 3 et commandé par le microcontrôleur 4 pour autoriser une circulation de courant électrique dans le circuit d’alimentation 3,
- un convertisseur Boost 7 monté sur le circuit d’alimentation 3 et agencé pour augmenter la valeur de la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2.
Le microcontrôleur 4 de l’unité de commande électronique 1 commande la circulation du courant électrique au sein du circuit d’alimentation 3, en provenance de la borne active VBAT de la batterie électrique (non représentée) du véhicule jusqu’aux bornes du moteur 2 du frein de stationnement électronique. Pour ce faire et en fonction des commandes de l’unité de commande centralisée reçue par le bus de données CAN du véhicule, le microcontrôleur 4 commande le commutateur 6 afin d’autoriser le passage du courant électrique dans le reste du circuit d’alimentation 3.
Comme représenté à la , le microcontrôleur 4 commande le convertisseur Boost 7 afin d’augmenter la valeur de la tension d’alimentation qui est fournie aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2. Le convertisseur Boost 7 permet ainsi d’augmenter cette valeur de tension jusqu’à une valeur proche de la valeur de tension maximale supportée par le moteur 2 du frein. Par exemple, pour un moteur à courant continu couramment utilisé pour les freins de stationnement électrique, la valeur de tension maximale peut attendre 20V. Le convertisseur Boost 7 permet donc, sur commande du microcontrôleur 4, de compenser une tension d’alimentation trop faible de la batterie d’électrique, permettant ainsi d’activer rapidement le moteur 2 du frein.
Dans la variante représentée à la , pour autoriser le passage du courant électrique au sein du convertisseur Boost 7 le microcontrôleur 4 commande également un deuxième commutateur 8 monté sur le circuit d’alimentation 3 et qui permet d’isoler la sortie du convertisseur Boost 7. On peut ainsi passer très rapidement d’un circuit d’alimentation 3’ à un circuit d’alimentation 3 où le courant électrique traverse le convertisseur Boost 7 et inversement. Dans les deux variantes, le convertisseur Boost 7 peut être activé sur demande sous l’impulsion du microcontrôleur 4.
Les moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 comprennent dans chacune des variantes représentées un pont en H 51 apte à contrôler la polarité aux bornes du moteur 2 et un organe de commande 52 des transistors 511 du pont en H 51. Lorsqu’une tension d’alimentation est fournie au pont en H 51, l’organe de commande 52, lui-même commandé par le microcontrôleur 4, pilote les transistors 511 de type MOSFET du pont en H 51 afin de définir le sens et la vitesse de rotation du moteur 2. Dans une variante de l’invention non représentée, les moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 comprennent un étage de puissance à base de transistors de type MOSFET qui est apte à fixer la tension aux bornes d’un moteur à courant continu triphasé.
Le microcontrôleur 4 est apte à activer le convertisseur Boost 7 lorsque la phase d’inactivation PI ( ) est détectée de sorte à fournir la meilleure tension d’alimentation possible aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2. Pour détecter ladite phase improductive PI de rotation du moteur 2, des mesures du courant sont réalisées sur le pont en H 51. Ces mesures de courant sont reçues dans un premier temps par l’organe de commande 52 qui les amplifie et les filtre. Ces mesures amplifiées et filtrées sont transmises au microcontrôleur 4 qui peut commander l’activation du convertisseur Boost 7 en conséquence.
L’unité de commande électronique 1 fonctionne comme suit.
Lorsqu’une situation nécessite l’activation du frein de stationnement électrique, l’unité de commande centrale du véhicule commande l’activation du moteur 2 du frein au microcontrôleur 4. Celui-ci commande le commutateur 6 afin d’autoriser une circulation de courant électrique dans le circuit d’alimentation 3. Cette instruction a pour effet d’alimenter le moteur en courant électrique, comme représenté sur la première phase du graphique de la . Cette alimentation du moteur se traduit par une phase improductive de rotation du moteur 2 durant laquelle le moteur 2 efface les jeux et courses mortes et n’engendre donc pas de force de freinage. On désigne cette première phase comme étant la « phase improductive PI de rotation du moteur ». Cette phase improductive PI de rotation du moteur 2 est détectée (étape A de la ) par le microcontrôleur 4 via une mesure du courant réalisée sur le pont en H 51.
A la suite de la détection de la phase improductive PI de rotation du moteur 2, le microcontrôleur 4 commande l’activation du convertisseur Boost 7 (étape B de la ), en induisant la fermeture de l’interrupteur dudit convertisseur Boost, de sorte à fournir une tension d’alimentation d’une valeur prédéterminée aux moyens de fixation 5 de la tension aux bornes du moteur 2. Cette valeur de tension prédéterminée est supérieure à la valeur maximale de tension de la batterie électrique du véhicule et inférieure ou égale à la valeur de tension maximale supportée par le moteur 2 du frein. Ainsi, la tension d’alimentation fournie aux bornes du moteur pendant la phase improductive PI de rotation du moteur 2, est optimisée pour accélérer le moteur 2 et réduire le plus possible la durée de la phase improductive PI, de sorte que le moteur 2 entre le plus vite possible dans sa phase productive, après effacement des jeux et courses mortes. La phase productive est la phase pendant laquelle le moteur 2 effectue le freinage proprement dit, en agissant sur les organes mécaniques de blocage des roues du véhicule.
Dans la variante de l’invention représentée à la , l’activation du convertisseur Boost 7 passe également par la commande du deuxième commutateur 8 par le microcontrôleur 4 qui permet d’isoler la sortie du convertisseur Boost 7. Ainsi, il est permis de passer simplement et rapidement d’un circuit d’alimentation 3’ où la valeur de la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 dépend uniquement de la batterie électrique à un circuit d’alimentation 3 où la valeur de la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 dépend de la batterie électrique et du convertisseur Boost 7. Une telle configuration de l’unité de commande électronique 1 facilite l’intégration du convertisseur Boost 7 au sein de l’unité de commande électronique 1 puisqu’il n’est pas nécessaire que celui-ci comprenne de composants plus encombrants nécessaires au fonctionnement du convertisseur Boost 7 en permanence alimenté en courant, comme cela est le cas pour le mode de réalisation représenté à la . Il est ici possible d’utiliser et d’alimenter le convertisseur Boost 7 que lors des périodes souhaitées, par exemple des périodes où la consommation électrique du véhicule est plus faible que la normale ou lorsque l’état de charge de la batterie insuffisant pour assurer le freinage souhaité.
Comme illustré à la , l’étape A de détection d’une phase improductive PI de rotation du moteur 2 du frein de stationnement 10 est réalisée à l’aide d’une mesure préalable M du courant sur les moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2. Si la phase improductive PI de rotation du moteur 2 est détectée, on passe à l’étape B d’activation du convertisseur Boost 7 afin de fournir une tension d’alimentation d’une valeur prédéterminée aux moyens de fixation de la tension 5 aux bornes du moteur 2 de sorte à mettre en rotation le moteur 2 à plus grande vitesse.
Le véhicule automobile 11 de la comprenant un frein de stationnement électrique 10 dont l’actionnement est commandé par une unité de commande électronique 1 selon l’une des variantes de l’invention.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Liste de références
1 : unité de commande électronique d’un moteur d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile
2 : moteur d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile
2 : moteur d’un frein de stationnement électrique de véhicule automobile
3 : circuit d’alimentation
4 : microcontrôleur
5 : moyens de fixation de la tension aux bornes du moteur
6 : commutateur
7 : convertisseur Boost
8 : deuxième commutateur
9 : masse
10 : frein de stationnement électrique
11 : véhicule automobile
51 : pont en H
52 : organe de commande des transistors du pont en H
511 : transistors du pont en H
PI : phase improductive de rotation du moteur
Claims (10)
- Unité de commande électronique (1) d’un moteur (2) d’un frein de stationnement électrique (10) de véhicule automobile (11), caractérisé en ce qu’il comprend :
- un circuit d’alimentation (3) pour l’alimentation du moteur (2) en courant électrique,
- un microcontrôleur (4),
- des moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2) permettant d’en commander le sens et la vitesse de rotation, ces moyens (5) étant montés sur le circuit d’alimentation (3) et commandés par le microcontrôleur (4),
- un commutateur (6) monté sur le circuit d’alimentation (3) et commandé par le microcontrôleur (4) pour autoriser une circulation de courant électrique dans le circuit d’alimentation (3),
- un convertisseur Boost (7) monté sur le circuit d’alimentation (3) et agencé pour augmenter la valeur de la tension d’alimentation fournie aux moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2). - Unité de commande électronique (1) selon la revendication 1 comprenant un deuxième commutateur (8) monté sur le circuit d’alimentation (3) et commandé par le microcontrôleur (4) pour isoler la sortie du convertisseur Boost (7).
- Unité de commande électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2) comprennent un étage de puissance à base de transistors (511).
- Unité de commande électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2) comprennent un pont en H (51) apte à contrôler la polarité aux bornes du moteur (2) et un organe de commande (52) des transistors (511) du pont en H (51).
- Unité de commande électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le microcontrôleur (4) est apte à détecter une phase improductive (PI) de rotation du moteur (2).
- Frein de stationnement électrique (10) de véhicule automobile (11) comprenant une unité de commande électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Véhicule automobile (11) comprenant un frein de stationnement électrique (10) selon la revendication précédente.
- Procédé d’actionnement d’un frein de stationnement électrique (10) de véhicule automobile par une unité de commande électronique (1), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- détection d’une phase improductive (PI) de rotation du moteur (2) du frein de stationnement (10),
- activation d’un convertisseur Boost (7) lorsque la phase improductive (PI) est détectée de sorte à fournir une tension d’alimentation d’une valeur prédéterminée à des moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2). - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la valeur de tension prédéterminée est supérieure à la valeur maximale de tension de la batterie électrique du véhicule (11) et inférieure ou égale à la valeur de tension maximale supportée par le moteur (2) du frein (10).
- Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel on mesure le courant sur les moyens de fixation de la tension (5) aux bornes du moteur (2) pour détecter la phase improductive (PI) de rotation du moteur (2).
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