Brevet FR2627916A1 — publié le 19890901

La présente invention concerne un dispositif de commande de moteur à courant continu pour le positionnement d'organes mobiles. La présente invention trouve en particulier application dans le domaine automobile, pour le positionnement d'organes tels que rétroviseurs, sièges, colonnes de direction, éléments de contrôle de climatisation... La présente invention n'est cependant pas limitée à ce domaine d'application particulier ; elle peut s'appliquer à tous types de systèmes de commande en position mettant en oeuvre un moteur électrique à courant continu. De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour contrôler la position occupée par le moteur et/ou l'organe mobile associé, dans les systèmes de commande en position utilisant un moteur électrique à courant continu. Parmi ces solutions on citera l'utilisation de capteurs tels que des capteurs optiques ou des capteurs à effet Hall, ou encore le comptage des ondulations de courant de commande d'induit. Les solutions jusqu'ici proposées ont déjà rendu de grands services. Cependant, elles ne donnent pas entière satisfaction. Toutes les solutions connues présentent en effet l'inconvénient d'exiger l'utilisation de capteurs chers et relativement volumineux et/ou de ne pas être parfaitement fiables. La présente invention a pour but d'éliminer cet inconvénient. Elle propose à cet effet un circuit de commande de moteur à courant continu qui comprend une base de temps apte à indiquer le temps d'alimentation du moteur et des moyens pour interrompre l'alimentation du moteur lorsque le temps d'alimentation de ce dernier atteint une consigne déterminée. La présente invention repose sur le fait que la vitesse d'un moteur à courant continu, lorsque celui-ci est peu chargé, est directement proportionnelle à la tension d'alimentation. Selon une première variante de réalisation, utilisable préférentiellement lorsque le moteur est alimenté par un générateur de tension stabilisée, la base de temps est formée d'une horloge délivrant un signal de fréquence fixe, et un compteur qui reçoit le signal issu de l'horloge. Selon une seconde variante de réalisation, utilisable préférentiellement lorsque le moteur est alimenté par un générateur de tension non stabilisée, la base de temps est formée d'un oscillateur commandé en tension (VCO) piloté par la tension issue du générateur de tension, et d'un compteur qui reçoit le signal issu de l'oscillateur. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique, sous forme de blocs fonctionnels, d'un dispositif conforme à une première variante de réalisation de la présente invention, - la figure 2 représente une vue schématique, sous forme de blocs fonctionnels, d'un dispositif conforme à une seconde variante de réalisation de la présente invention, - la figure 3 représente le schéma détaillé d'un dispositif de commande conforme à la seconde variante de réalisation précitée. On va dans un premier temps décrire le dispositif conforme à la première variante de réalisation illustrée sur la figure I annexée. On distingue sur cette figure I un moteur 100 à courant continu relié à un générateur de tension stabilisée 200 par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 300. L'interrupteur 300 est commandé par une unité centrale 400. Le dispositif comprend une base de temps formée d'une horloge 500, d'un compteur 600 et d'un comparateur 700. L'horloge 500 génère un signal de fréquence fixe appliqué à l'entrée du compteur 600. De préférence, L'unité centrale 400 autorise le comptage du compteur 600, au rythme du signal issu de l'horloge 500, simultanément à la fermeture de l'interrupteur 300. Ainsi, I'état du compteur 600 est directement représentatif du temps d'alimentation du moteur 100. Le comparateur 700 examine en permanence l'état du compteur 600 et indique à l'unité centrale 400 lorsqu'un état requis est atteint. Pour cela, de préférence, le compteur 700 compare en permanence le contenu du compteur 600 à une valeur de consigne contenue dans une mémoire 800. La mémoire 800 peut contenir une pluralité de valeurs de consigne sélectionnables par l'unité centrale 400. Ainsi, dans le cadre par exemple de l'utilisation du disposifif conforme à la présente invention pour le positionnement d'un rétroviseur électrique sur un véhicule automobile que se partagent plusieurs conducteurs, il suffit d'enregistrer dans la mémoire 800 la ou les valeurs de consigne correspondant au positionnement requis pour chaque conducteur, pour automatiser le positionnement du rétroviseur. En effet, il suffit par la suite d'adresser correctement la mémoire 800, par exemple à l'aide d'un badge, d'une commande par clavier ou tout autre moyen équivalent, pour assurer un positionnement automatique du rétroviseur. Bien entendu un tel système de positionnement automatique partagé entre plusieurs utilisateurs peut être appliqué pour le positionnement d'organes autres que des rétroviseurs. L'unité centrale 400 ouvre l'interrupteur 300 pour interrompre l'alimentation du moteur à courant continu 100 lorsque le comparateur 700 détecte que le compteur 600 atteint la valeur de consigne. Le temps d'alimentation du moteur 100 étant contrôlé avec précision et la vitesse du moteur 100 étant par ailleurs directement proportionnelle à la tension qu'on lui impose, le déplacement provoqué par le moteur à courant continu 100 est déterminé avec précision. La position finale de l'organe mobile commandé est de ce fait déterminée avec précision si la position d'origine est également connue. A cet effet, de préférence, la présente invention propose qu'avant toute commande de positionnement le moteur à courant continu 100 et/ou l'organe mobile associé soit déplacé dans une position de référence connue, par exemple contre une butée fixe. L'arrivée de l'organe mobile en appui contre une butée fixe peut être détectée, de façon connue en soi, à l'aide de moyens 900 détectant le courant d'alimentation du moteur, associés à des moyens de détection de surintensité 950. L'homme de l'art sait en effet qu'un moteur à courant continu 100 porté en butée voit son courant d'alimentation augmenter sensiblement. L'information issue des moyens de détection de surintensité 950 est appliquée à l'unité centrale 400 pour indiquer à celle-ci qu'une position de référence connue est atteinte. Le fonctionnement général du dispositif réprésenté sur la figure 1 annexée est le suivant. Avant toute commande de positionnement d'un organe mobile, le moteur 100 et l'organe mobile associé sont portés dans une position de référence connue. Pour cela, L'unité centrale 400 commande la fermeture de l'interrupteur 300 et l'alimentation du moteur à courant continu 100 jusqu'à la détection d'une surintensité par les moyens 950. Lors de cette détection de surintensité l'interrupteur 300 est ouvert et l'alimentation du moteur 100 interrompue. Par la suite, pour assurer le positionnement requis de l'organe mobile, L'unité centrale 400 commande simultanément la fermeture de l'interrupteur 300, donc l'alimentation du moteur à courant continu 100, et l'initialisation du compteur 600: L'unité centrale 400 ouvre l'interrupteur 300 lorsque le comparateur 700 détecte que le compteur 600 atteint la valeur de consigne contenue dans la mémoire 800. Bien entendu le sens de rotation du moteur 100 doit être inversé entre la phase d'initialisation au cours de laquelle le moteur 100 et l'organe mobile associé sont portés en position de référence, et la phase de commande de position au cours de laquelle le temps d'alimentation du moteur est contrôlé par le comparateur 700. Comme indiqué précédemment, la première variante de réalisation illustrée sur la figure 1, qui vient d'être décrite, est utilisable lorsque le générateur 200 délivre une tension stabilisée. Dans ce cas, en effet, en négligeant les phases transitoires de démarrage et d'arrêt du moteur, le contenu du compteur 600 est directement proportionnel à l'amplitude de déplacement de l'organe mobile. On notera que les phases transitoires de démarrage et d'arrêt du moteur 100 étant de durées constantes, L'unité centrale et/ou les valeurs de consigne contenues dans la mémoire 800 peuvent tenir compte de la durée de ces phases transitoires de démarrage et d'arrêt. La seconde variante de réalisation conforme à la présente invention, illustrée sur la figure 2 annexée permet d'obtenir une précision de positionnement identique, même si le générateur de tension 200 n'est pas stabilisé. A cet effet, L'horloge 500 précitée, délivrant un signal de fréquence fixe, qui commande l'incrémentation du compteur 600 selon la première variante de réalisation, est remplacée dans le cadre de la seconde variante de réalisation par un oscillateur commandé en tension 510 (VCO), lui-même piloté par la tension issue du générateur de tension 200. 'Ainsi, même si la tension issue du générateur 200 n'est pas constante, la fréquence d'incrémentation du compteur 600 est asservie à la tension d'alimentation du moteur 100. De ce fait, le temps écoulé depuis la mise en service du moteur 100, défini par l'état du compteur 600, et examine en permanence par le compteur 7û0, reste proportionnel au déplacement de l'organe entraîné par le moteur. Le dispositif conforme à la seconde variante de réalisation de l'invention reste par ailleurs identique à la première variante de réalisation décrite précédemment en regard de la figure 1. On distingue en effet sur la figure 2 le moteur 100, I'interrupteur 300, L'unité centrale 400, le compteur 600, le comparateur 700, la mémoire 800, les moyens de détection de courant 900 et les moyens de détection de surintensité 950 dont les liaisons et les interactions restent identiques à celles évoquées précédemment en regard de la figure I. On va maintenant décrire le mode de réalisation détaillé du dispositif de commande illustré sur la figure 3 annexée. On aperçoit sur cette figure 3, le moteur 100 à courant continu, L'unité centrale 400, le VCO 510, le compteur 600, une résistance shunt R 900 servant de détection de courant et des moyens 950 de détection de surintensité. Le VCO 510 est piloté par un circuit de mise en forme 520 recevant en entrée la tension Ua d'alimentation du moteur. La tension U est appliquée à un pont diviseur comprenant a deux résistances R 521, R 522 en série. La tension divisée prélevée au point milieu du pont diviseur, c'est-à-dire au point commun aux résistances R 521 et 522, est dirigée vers un filtre passe-bas 523 dont la sortie attaque un amplificateur suiveur 524. L'amplificateur suiveur 524 est formé d'un amplificateur opérationnel dont l'entrée non inverseuse est reliée à la sortie du filtre passe-bas 523, alors que sa sortie est rebouclée sur son entrée inverseuse. Le filtre passe-bas 523 comprend une résistance R 525 reliée entre l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 524 et le point commun aux résistances R 521 et R 522 du pont diviseur. Le filtre passe-bas 523 comprend par ailleurs une capacité C 526 connectée entre la sortie du filtre et la masse. La sortie de.l'amplificateur suiveur 524 est reliée à un étage 527 translateur de tension. Cet étage 527 est articulé autour d'un amplificateur opérationnel OP 528. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 528 est reliée à la sortie de l'amplificateur 524 par une résistance R 529. De plus, l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 528 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R 530 au point commun de deux résistances R 531, R 532 formant pont diviseur connectées entre une borne d'alimentation de référence U REF et la masse. Par ailleurs, L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 528 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R 533 et rebouclée à sa sortie par l'intermédiaire d'une résistance R 534. Les résistances R 529, R 530, R 533 et R 534 ayant la même valeur, d'une part, et les résistances R 531 et R 532 ayant la même valeur, d'autre part, L'étage translateur de tension 527 centre le signal issu de l'amplificateur suiveur 524 sur un potentiel égal à la moitié de la tension de référence U REF. La sortie de l'étage translateur de tension 527 est dirigée vers un étage multiplieur 535. Celui-ci comprend un transistor NPN T 536 dont la base est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP 528 par l'intermédiaire d'une résistance R 537. Le collecteur du transistor T 536 est reliée à une borne d'alimentation positive +Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R 538. L'émetteur du transistor T 536 est relié au collecteur d'un transistor NPN T 539 par l'intermédiaire d'une résistance R 540. L'émetteur du transistor T 539 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R 541. Un troisième transistor NPN T 542 a son émetteur relié par une résistance R 543 au collecteur du transistor T 539, tandis que son collecteur est relié à la borne d'alimentation positive +Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R 544. La base du transistor T 542 est reliée au point commun de deux résistances R 545 et R 546, formant pont diviseur, connectées en série entre la masse et la borne d'alimentation posivite +Ucc. La base du transistor T 539 est reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel OP 547, tandis que l'émetteur du transistor T 539 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R 548 sur l'entrée inverseuse du même amplificateur opérationnel OP 547. La tension destinée à piloter l'oscillateur commandé en tension 510 est obtenue sur le collecteur du transistor T 542. Ce dernier est relié par conséquent par l'intermédiaire d'une liaison 549 à l'entrée 511 de pilotage du VCO. L'homme de l'art comprendra aisément que si la tension d'alimentation du moteur Ua augmente, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel OP 528 augmente également. Il en est donc de même du courant de base et du courant d'émetteur du transistor T 536. De ce fait, le courant collecteur du transistor T 539 étant maintenu constant par l'amplificateur opérationnel OP 547, et étant par ailleurs égal à la somme des courants émetteurs du transistor T 536 et du transistor T 542, le courant d'émetteur du transistor T 542 diminue, donc la tension sur le collecteur du transistor T 542 augmente et permet d'élever la fréquence du signal issue de l'oscillateur commandé en tension 510, en fonction de l'augmentation de la tension d'alimentation d'entrée U. a Selon un mode de réalisation avantageux, l'oscillateur commandé en tension 510 est formé d'un circuit type AD 537. Dans ce cas, le signal pilote issu du collecteur du transistor T 542 est envoyé sur la borne 5 du circuit AD 537 formant VCO. Le signal de sortie du VCO, disponible sur la ligne référencée 512 sur la figure 3, est prélevé sur la borne 14 du circuit AD 537. Ce dernier présente la particularité de fournir sur sa borne 6, référencée 513 sur la figure 3, une tension directement proportionnelle à la température absolue d'une sonde interne intégrée au VCO AD 537. Le signal disponible sur cette borne peut être utilisé avantageusement pour corriger la fréquence du VCO. En effet, on sait que si la température augmente, le flux de l'inducteur à aimant permanent d'un moteur à courant continu baisse. De là, à tension d'alimentation constante, la vitesse de rotation tend à augmenter. L'information représentative de la température disponible sur la ligne 513 issue du VCO 510 peut être exploitée par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel OP 549. Celui-ci a son entrée inverseuse reliée par l'intermédiaire d'une résistance R 550 à la ligne 513 précitée (borne 6 du circuit AD 537). L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 539 est bouclée sur la sortie de celui-ci par l'intermédiaire d'une résistance R 551. La sortie de l'amplificateur opérationnel OP 549 est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 547 précité. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 549 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R 542 à la masse, d'une part, et par l'intermédiaire d'une résistance R 553 à une borne de référence correspondant par exemple à la borne 7 du circuit AD 537, référencée 514 sur la figure 3, d'autre part. Si la température détectée par la sonde intégrée au VCO 510 augmente, la tension sur la ligne 513 augmente, donc la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel OP 549 et le courant d'émetteur du transistor T 539 diminue. A courant d'émetteur du transistor T 536 constant, le courant d'émetteur du transistor T 542 va diminuer. De là, la tension sur le collecteur du transistor T 542 augmente pour assurer une élévation de la fréquence de sortie du VCO 510 afin de compenser la variation de flux résultant de l'augmentation de température. Le signal issu de la sortie 512 du VCO 510 peut être dirigé directement vers un compteur 600. Cependant, le signal de sortie du VCO 510 peut transiter par une chaîne de diviseurs, avant de parvenir au compteur 600, si cela est nécessaire, compte tenu de la capacité du compteur 600 et de la fréquence de sortie du VCO 510. On a représenté sur la figure 3 annexée une chaîne de division intercalée entre la sortie 512 du VCO 510 et l'entrée du compteur 600, formée de deux diviseurs 515, 516, connectées en série. Les moyens de détection du courant traversant le moteur 60G sont formés avantageusement d'une résistance shunt R 900 connectée en série de l'induit. La tension prélevée aux bornes de la résistance R 900 est dirigée vers les moyens de détection de surintensité 950. Ceux-ci comprennent un filtre passe bas R 953, C 952 et deux amplificateurs opérationnels OP 951 et OP 952. La résistance R 900 est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 951 par l'intermédiaire d'une résistance R 953. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 951 est reliée à la masse du montage par l'intermédiaire d'une capacité C 952. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 951 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R 954. De plus, L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 951 est rebouclée sur sa sortie. Cette dernière attaque l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 952. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 952 est reliée au point commun de deux résistances R 955 et R 956, formant pont diviseur, reliées en série entre une borne d'alimentation +Vcc et la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel OP 952, qui constitue la sortie des moyens de détection de surintensité, est reliée à l'unité centrale 400. Pour permettre d'inverser le sens de rotation du moteur 10C, les deux bornes de l'induit de celui-ci peuvent être reliées alternativement et respectivement à la borne d'alimentation U a et à la résistance shunt R 900, par l'intermédiaire de deux inverseurs respectifs 110, 12C. Ces inverseurs 110, 120 sont pilotés par des bobines 111, 121. Ces bobines sont commandées par des transistors NPN T 112, T 122. Le collecteur des transistors T 112, T 122 est chargé par les enroulements 111, 121. Les émetteurs de transistor T 112, T 122 sont reliés à la masse. La base des transistors T 112, T 122, est commandée par l'unité centrale 400. Le fonctionnement du dispositif illustré sur la figure 3 annexée est similaire à celui du circuit équivalent illustré sur la figure 2. Avant tout positionnement d'un organe associé au moteur 100, ce dernier est porté en butée, par entraînement dans un premier sens déterminé. L'arrivée en butée du moteur 100 est détectée par la résistance R 900 et les moyens 950 associés. En effet, le courant d'induit du moteur 100 augmente sensiblement lorsque le moteur arrive en butée. Lors de la détection d'une surintensité dans l'induit moteur 100, L'unité centrale 400 interrompt l'alimentation du moteur 100. L'unité centrale 400 inverse alors le sens de rotation du moteur 100 et simultanément commande l'initiation de l'incrémentation du compteur 600, au rythme du signal issu du VCO 510 via les diviseurs 515 et 516. Lorsque l'état du compteur 600 atteint une valeur de consigne correspondant à un temps requis de mise en service du moteur 100, L'unité centrale 400 interrompt l'alimentation du moteur 100. L'organe mobile associé au moteur 100 a alors atteint la position de consigne requise. Le compteur 600 peut être formé d'un compteur prépositionnable. Dans ce cas, le comparateur 700 n'est plus indispensable. Il suffit en effet de prépositionner le compteur 600, à une valeur de consigne mémorisée, lors de la mise en service du moteur 100. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de moteur à courant continu pour le positionnement d'organes mobiles. caractérisé par le fait qu'il comprend une base de temps (500, 600) apte à indiquer le temps d'alimentation du moteur (ion) et des moyens (300, 400) pour interrompre l'alimentation du moteur (100) lorsque le temps d'alimentation de ce dernier atteint une consigne déterminée. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la base de temps comprend une horloge (500) délivrant un signal de fréquence fixe, et un compteur (600) qui reçoit le signal issu de l'horloge; 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la base de temps comprend un oscillateur commandé en tension (510) piloté par la tension issue du générateur (200) qui alimente le moteur (100) et d'un compteur (600) qui reçoit le signal issu de l'oscillateur (510). 4. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (900, 950, 400) aptes à déplacer le moteur (100) et l'organe mobile associé dans une position de référence connue avant toute commande de positionnement. 5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens (900, 950, 400) aptes à déplacer le moteur (100) et l'organe mobile associé dans une position de référence connue, comprennent des moyens (900, 940) de surveillance de l'intensité d'induit du moteur (100). 6. Dispositif de commande selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (400, 110, 120) aptes à inverser le sens de rotation du moteur (100) entre la phase de déplacement vers une position de référence et la phase de commande de positionnement. 7. Dispositif de commande selon l'une des revendications I à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une mémoire (800) apte à mémoriser une pluralité de valeurs de consigne sélectionnables et des moyens de comparaison (40û, 700) aptes à comparer une valeur de consigne sélectionnée avec l'état de la base de temps. 8. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'oscillateur commandé en tension (510) est conçu pour délivrer un signal de sortie dont la fréquence augmente si la tension d'alimentation (va) du moteur (100) augmente. 9. Dispositif de commande selon l'une des revendications 3 et 8, caractérisé par le fait que l'oscillateur commandé en tension (510) est conçu pour délivrer un signal de sortie dont la fréquence augmente si la température augmente. 10. Application du dispositif conforme à l'une des revendications I à 9 à la commande de positionnement de rétroviseurs automobiles.