Brevet FR2695269A1 — publié le 19940304

La présente invention a trait d'une façon générale aux circuits d'alternateurs pour véhicules automobile. Dans un véhicule automobile, lorsque le moteur est froid et/ou tourne au ralenti, et que de nombreuses charges électriques sont connectées sur le circuit de batterie (éclairage, climatisation, dégivrage, ...), le couple résistant présenté par l'alternateur à la sortie du moteur peut être extrêmement important et aller jusqu'à provoquer le hoquetage ou le calage du moteur. Une solution connue à ce problème consiste à détecter le fait que l'alternateur arrive dans un mode de fonctionnement proche du plein champ, dans lequel l'enroulement d'excitation de l'alternateur est alimenté en permanence, et à envoyer au circuit de commande d'alimentation du moteur une information permettant par exemple d'accroître temporairement son régime pour contrebalancer le couple résistant de l'alternateur. La présente invention a pour objet de présenter au circuit de commande un signal électrique qui soit propre (exempt de parasites ou autres signaux impulsionnels perturbateurs) et facile à exploiter par ledit circuit de commande. L'invention concerne à cet effet un dispositif indicateur de l'état de charge d'un alternateur de véhicule automobile, ledit alternateur comportant un enroulement d'excitation et étant pourvu d'un circuit régulateur qui commande un moyen interrupteur pour déterminer des phases d'établissement du courant d'excitation et des phases de suppression du courant d'excitation, et qui délivre en sortie un signal représentatif de ces deux types de phases, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens réagissant audit signal représentatif pour faire passer un signal de sortie d'un premier état vers un second état lorsqu'une phase d'établissement du courant d'excitation présente une durée supérieure à une première durée de seuil et pour faire passer ledit signal de sortie du second état vers le premier état lorsqu'une phase subséquente d'établissement du courant d'excitation présente une durée inférieure à une seconde durée de seuil plus courte que la première durée de seuil. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma électrique d'un dispositif indicateur selon une première forme de réalisation principale de la présente invention, les figures 2a et 2b sont des chronogrammes illustrant le comportement du dispositif de la figure 1, la figure 3 est un schéma électrique d'un dispositif indicateur selon une deuxième forme de réalisation principale de la présente invention, et la figure 4 est un chronogramme illustrant le comportement du dispositif de la figure 3. En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté un circuit qui comporte une borne d'entrée pour un signal Uex, ainsi qu'une borne d'entrée pour un signal d'horloge à fréquence fixe CLK. Le signal Uex est en l'espèce un signal logique représentatif des phases d'établissement et de suppression de l'excitation de l'alternateur, c'est-à-dire par exemple de l'état fermé ou ouvert, respectivement, d'un interrupteur commandé branché en série avec l'enroulement d'excitation de l'alternateur sur une source de tension continue. Ce signal Uex est en l'espèce égale à environ +5 volts (valeur logique "1") lorsque l'enroulement d'excitation est alimenté et à environ zéro volt (valeur logique ott) lorsque l'enroulement d'excitation n'est pas alimenté. Le signal Uex est appliqué à une entrée de remise à zéro RAZ d'un circuit de temporisation TEMP2, implémenté en l'espèce sous forme d'un compteur numérique ascendant cadencé par le signal d'horloge CLK appliqué sur une entrée d'horloge CK. Ce compteur défile aussi longtemps que son entrée RAZ est à zéro, et sa sortie passe au niveau "1" lorsqu'un comptage prédéterminé est atteint, c'est-à-dire après l'écoulement d'une constante de temps T2 prédéterminée. La sortie du circuit TEMP2 est reliée à l'entrée d'un inverseur logique INV3, dont la sortie est reliée à une première entrée d'une porte NON-OU désignée par NOR3. La sortie de NOR3 attaque une entrée d'une autre porte NON-OU NOR1 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un autre inverseur logique INV2. La sortie de INV2 attaque l'entrée de remise à zéro RAZ d'un autre circuit de temporisation TEMP1. L'entrée d'horloge CK de TEMP1 reçoit le signal de sortie d'une porte NON-OU NOR4 dont une première entrée reçoit le signal CLK et dont une seconde entrée reçoit le signal de sortie S1 dudit circuit TEMP1. Le circuit TEMP1 est réalisé également de préférence sous forme d'un compteur numérique ascendant, et sa constante de temps est notée T1. Le signal S1 est également appliqué à une première entrée d'une porte NON-OU NOR2. L'autre entrée de NOR2 reçoit le signal Uex, et la sortie de NOR2 est reliée à l'autre entrée de NOR1. Le signal S1 est également appliqué à l'entrée d'un inverseur logique INV1 dont la sortie est reliée à l'autre entrée de NOR3. Enfin le signal S1 constitue un signal de sortie FR du dispositif, destiné à être appliqué à un dispositif de commande électronique de l'alimentation du moteur à combustion du véhicule. On va maintenant expliquer en référence aux figures 2a et 2b le fonctionnement du circuit tel qu'il a été décrit ci-dessus. On notera tout d'abord que le circuit régulateur auquel est associé le dispositif de l'invention est du type à fréquence fixe, c'est-à-dire que le courant d'excitation est commandé à cadence régulière, avec des phases d'établissement de l'excitation dont la durée au cours de chaque période est variable. En d'autres termes, le signal Uex est un signal essentiellement rectangulaire de fréquence constante et dont le rapport cyclique peut prendre une valeur quelconque entre 0 et 100%. On notera en outre que la constante de temps T1 du circuit TEMP1 est choisie bien supérieure à la période de régulation, notée TR. Par exemple, on peut choisir T1 égal à environ 100 ms pour une période de régulation de l'ordre de 30 ms. En outre, la constante de temps T2 est choisie sensiblement inférieure à la période TR, et par exemple de l'ordre de 3 ms. L'intérêt du choix de ces valeurs sera décrit dans la suite. En référence à la figure 2a, on supposera tout d'abord que le signal de sortie FR est au niveau "0tut. Dans ces conditions, la porte NOR2 se comporte comme un inverseur, tandis que la porte NOR3 délivre un niveau "0" quel que soit le niveau du signal issu du circuit TEMP2. NOR1 se comporte donc également comme un inverseur et l'on retrouve à la sortie de NOR1 le signal Uex, qui est alors inversé par INV2. La figure 2a illustre une phase de fonctionnement pendant laquelle le rapport cyclique du signal Uex augmente régulièrement vers un mode de fonctionnement dit "plein champ" (correspondant à un rapport cyclique de 100%, l'enroulement d'excitation étant alimenté en permanence). Tant que ce rapport cyclique est inférieur à 100%, les fronts descendants du signal Uex, transformés en fronts montants par NOR2, NOR1 et INV2, effectuent régulièrement une remise à zéro du circuit TEMPî, dont la sortie reste donc au niveau "0" car sa constante de temps est supérieure à la période de ces fronts montants. En revanche, lorsque le régime de plein champ est atteint (instant tl), le signal Uex reste alors au niveau "1" (c'est-à-dire que l'entrée RAZ du circuit TEMP1 reste au niveau "0") pendant une durée supérieure à T1. La sortie FR bascule alors au niveau "1" après l'écoulement du temps T1 (instant t2). Ceci indique que le circuit régulateur est arrivé dans son régime de plein champ, ce qui témoigne à son tour d'une demande de courant importante par les équipements électriques du véhicule, et d'un couple résistant important présenté au moteur par l'alternateur. Dans ce cas, la sortie de NOR2 est amenée au niveau "0", tandis que NOR3, qui reçoit sur sa seconde entrée un "0" logique, se comporte comme un inverseur, tout comme NOR1. On observe également que NOR4, en délivrant en permanence un "0" logique, effectue dans ce cas un blocage du signal d'horloge CLK. Dans ces conditions, aussi longtemps que le signal Uex reste au niveau "1", le circuit temporisateur TEMP2 est remis à zéro en permanence, et délivre en sortie un niveau "O". Ce même signal, après quadruple inversion par INV3, NOR3, NOR1 et INV2, est appliqué à l'entrée RAZ de TEMPî. Le comptage du circuit TEMP1 étant bloqué du fait de l'absence de signal d'horloge,la sortie FR reste donc au niveau "1". Maintenant en référence à la figure 2b, dès que le signal Uex ne présente plus un rapport cyclique de 100%, l'entrée RAZ de TEMP2 passe périodiquement au niveau "0", pour supprimer temporairement sa remise à zéro. Dès que ce passage au niveau "0" se produit pendant une durée supérieure à la constante de temps T2 du circuit TEMP2 (entre les instants t3 et t4), alors la sortie V2 du circuit TEMP2 passe, après l'écoulement de la temporisation T2, au niveau "1" (instant t3'), et ce même signal "1" est appliqué via INV3, NOR3, NOR1 et INV2 à l'entrée RAZ de TEMP1. La sortie de TEMP1 passe donc au niveau "0" et l'on se retrouve dans la situation initiale. Ainsi le circuit tel qu'il a été décrit permet de délivrer un signal FR d'un premier niveau (en l'occurrence "1") lorsque la charge de l'alternateur est maximale (rapport cyclique de Uex égal à 100%). Et ce signal FR est ramené à un second niveau (en l'occurrence "0") lorsque le rapport cyclique de Uex est redescendu à une valeur plus basse, qui est déterminée par la valeur de la constante de temps T2. Plus précisément, on vérifie facilement que le rapport cyclique à partir duquel le signal S1 revient au niveau "0" est égal à 1-(T2/TR), TR étant la période de régulation. Concrètement, si l'on choisit pour T2 une valeur de l'ordre de 3 ms, on obtient 1-(T2/TR) = 0,9, soit un rapport cyclique d'environ 90%. Ceci correspond à des phases d'établissement de l'excitation d'une durée (TR-T2) de 30ms-3ms, soit 27ms. Le circuit de la figure 1 établit donc une hystérésis dans la détermination de la valeur du signal de sortie FR en fonction du rapport cyclique de Uex. Cette hystérésis permet en particulier d'éviter de fournir à la commande électronique du moteur un signal S1 variant trop rapidement et difficile à exploiter au niveau du dispositif de commande de l'alimentation du moteur. En particulier, un circuit à microprocesseur de type classique utilisé pour la commande de l'alimentation du moteur peut exploiter le signal FR directement, sans qu'il soit nécessaire de prévoir de moyens temporisateurs ou autres moyens de traitement spécifiques dans ce circuit à microprocesseur. On va maintenant décrire en référence aux figures 3 et 4 un second mode de réalisation principal de la présente invention, adapté à un dispositif de régulation dit à fréquence libre. On rappellera brièvement qu'un régulateur à fréquence libre est caractérisé, lorsque la charge électrique de l'alternateur augmente au voisinage du plein champ, par un double phénomène d'accroissement de la période de régulation et d'accroissement de la durée absolue des phases d'établissement de l'excitation. Dans ce cas également, le rapport cyclique du signal Uex augmente, sans toutefois atteindre 100%, lorsque la charge de l'alternateur croît. Un signal Uex, analogue au signal Uex décrit en référence à la figure 1, est appliqué à l'entrée d'un inverseur logique INV10. La sortie de INV10 attaque les entrées de remise à zéro RAZ de trois circuits de temporisation TEMPîl, TEMP12 et TEMP13. Ces trois circuits sont réalisés de préférence sous la forme d'un compteur numérique unique ayant trois sorties correspondant à des bits de poids différents du comptage effectué. Dans un exemple de réalisation concret, il peut s'agir d'un compteur ascendant à quatre bits B0 à B3, le bit de poids le plus fort B3 constituant la sortie V13 de TEMP13 tandis que les bits de poids intermédiaires B1 et B2 constituent respectivement les sorties V11 et V12 de TEMPîl et de TEMP12. Les constantes de temps des circuits TEMPîl, TEMP12 et TEMP13 sont notées respectivement Tell, T12 et T13. Les sorties des circuits TEMPll et TEMP12 sont appliquées respectivement via deux inverseurs logiques INVil et INV12 à deux entrées d'une porte NON-OU à trois entrées désignée par NOR10. La sortie de NOR10 (signal Vb) est appliquée à une première entrée d'une porte NON-OU à deux entrées NOR20, dont l'autre entrée reçoit directement la sortie du circuit TEMP13. La sortie de NOR20 attaque l'entrée d'un inverseur logique INV30 dont la sortie (signal Vc) est reliée à l'entrée de remise à zéro RAZ d'un autre circuit de temporisation TEMP20, réalisé également de préférence sous forme d'un compteur numérique ascendant. La sortie de TEMP20 (signal Va) est reliée à une borne de sortie FR pour un signal indicateur de charge électrique d'alternateur via un inverseur logique INV40. Cette sortie est également reliée directement à la troisième entrée de la porte NOR10. Les circuits de temporisation TEMPîl, TEMP12, TEMP13 et TEMP20 sont cadencés par un signal d'horloge CLK appliqué sur leur entrée d'horloge respective CK. On va maintenant décrire en référence à la figure 4 le fonctionnement du circuit de la figure 3. Supposons tout d'abord que la sortie Va du circuit TEMP20 est à un niveau logique "1", c'est-à-dire que la sortie FR est au niveau "0". Dans cette situation, la porte NOR10 délivre en permanence une tension Vb de niveau "0", et la porte NOR20 se comporte comme un inverseur vis-à-vis des signaux issus de TEMP13. Supposons également que le régulateur de tension associé fonctionne à un régime s'approchant progressivement du plein champ (partie gauche de la figure 4). Comme on l'a indiqué, dans un régulateur à fréquence libre, l'approche du régime de plein champ se caractérise par un accroissement du rapport cyclique du signal Uex, et conjointement par une diminution de la fréquence dudit signal, ces deux phénomènes se cumulant pour aboutir à un accroissement de la durée absolue, notée TC, pendant laquelle le courant d'excitation croît, c'est-à-dire pendant laquelle le signal Uex est à "1". On observera que, lorsque Uex est au niveau "1", les entrées RAZ de TEMPîl, TEMP12 et TEMP13 sont à "0tut et la remise à zéro des compteurs n'a plus lieu. Lorsque la durée pendant laquelle Uex est à "1" est supérieure à la constante de temps T13 du circuit TEMP13, alors la sortie V13 de TEMP13 passe, après l'écoulement de la temporisation T13, au niveau "1" (instant tx), si bien que la sortie de NOR20 est à O. L'inverseur INV30 applique donc au circuit TEMP20 un signal Vc de niveau "1", pour sa remise à zéro. La sortie Va de TEMP20 passe donc au niveau "0" et la sortie FR au niveau "1". On observera ici que la constante de temps T20 du circuit TEMP20 est choisie suffisamment longue pour que les passages successifs de la sortie de TEMP13 au niveau 1 effectuent des remises à zéro de TEMP20, via NOR20 et INV30, sans que la sortie de TEMP20 puisse jamais passer au niveau logique "1". En d'autres termes, la constante de temps T20 est choisie bien supérieure à la période du signal Uex dans les régimes de fonctionnement où TC est voisin de la constante de temps T13. Aussi longtemps que la durée TC reste supérieure à la constante de temps T13, la situation ci-dessus se maintient, et le signal FR informe le circuit de commande électronique du moteur à combustion associé que l'alternateur fonctionne dans un régime de charge importante. Comme on vient de l'indiquer, la sortie V13 de TEMP13 (bit B3 du comptage sur quatre bits) passe au niveau "1" lorsque la durée TC est égale ou supérieure à T13, la valeur du comptage dans le compteur à quatre bits constituant TEMP11-TEMP13 étant alors de 8 (valeur décimale). On observera que, dans cette situation, la porte NOR10 se comporte comme une porte NON-OU à deux entrées, recevant respectivement les signaux de sortie des inverseurs INV11 et INV12. Ceci étant, lorsque la charge de l'alternateur diminue, la valeur de TC diminue également, jusqu'à devenir inférieure à T13. Cette situation est illustrée dans la partie droite de la figure 4. Lorsque TC est inférieure à T13 mais suffisante pour permettre aux bits B1 et B2 (signaux V11 et V12 en sortie des circuits TEMP11 et TEMP12) de parvenir tous les deux au niveau "1" (soit une valeur décimale du comptage égale à 6), alors des niveaux logiques "0" sont appliqués par les inverseurs INV11 et INV12 à la porte NOR10. Cette dernière délivre donc un signal Vb de niveau logique "1" (instant ta) pendant que TEMP13 délivre encore un niveau "0". Un niveau logique "1" (signal Vc) est donc appliqué à nouveau à l'entrée de remise à zéro RAZ de TEMP20, si bien que la sortie FR se maintient au niveau "1. En revanche, si TC, toujours inférieure à T13, est trop courte pour amener les deux bits B1 et B2 au niveau "1", alors au moins l'une des sorties de TEMP11 et TEMP12 est restée à "0" lorsqu'une remise à zéro de TEMP11, TEMP12 et TEMP13 par le signal Uex intervient (instant tb). Au moins l'une des entrées correspondantes de NOR10 est donc à "1". La sortie de NOR10 est donc à zéro, tout comme la sortie de TEMP13. La porte NOR20 délivre donc un niveau logique "1", et l'entrée RAZ de TEMP20 reçoit alors un signal Vc de niveau "0". La remise à zéro du compteur de TEMP20 est donc supprimée, et à l'issue de la temporisation T20, la sortie de TEMP20 passe au niveau "1" (instant tc). La sortie FR passe donc au niveau "0". Il est facile de vérifier, dans l'hypothèse du compteur à quatre bits telle qu'on l'a envisagée, que les circuits TEMP11 et TEMP12 déterminent ensemble une autre constante de temps plus courte, notée T10, et égale en l'espèce à environ T13.6/8 (aux décalages d'horloge près), soit les trois quarts de T13. Ainsi, une fois que la durée TC a excédé T13, pour faire passer la sortie FR au niveau "1", c'est seulement lorsque TC redescend au-dessous de T10 que la sortie FR repasse au niveau "0". Ainsi, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, on réalise la détection des durées TC d'établissement de l'excitation, qui conditionne l'état du signal de sortie FR, avec une hystérésis, ce qui évite des basculements trop rapides dudit signal de sortie et facilite son exploitation par le dispositif de commande électronique du moteur. Concrètement, on peut choisir pour T13 une valeur de l'ordre de 133 ms. Dans l'hypothèse mentionnée plus haut, la valeur de T10 est alors d'environ 100 ms. Dans un régulateur à fréquence libre de conception classique, une durée de conduction TC d'environ 133 ms correspond à un rapport cyclique d'excitation de l'ordre de 93%, tandis qu'une durée de conduction TC d'environ 100 ms correspond à un rapport cyclique d'excitation de l'ordre de 88%. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif indicateur de l'état de charge d'un alternateur de véhicule automobile, ledit alternateur comportant un enroulement d'excitation et étant pourvu d'un circuit régulateur qui commande un moyen interrupteur pour déterminer des phases d'établissement du courant d'excitation et des phases de suppression du courant d'excitation, et qui délivre en sortie un signal (Uex) représentatif de ces deux types de phases, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens réagissant audit signal représentatif pour faire passer un signal de sortie (FR) d'un premier état vers un second état lorsqu'une phase d'établissement du courant d'excitation présente une durée supérieure à une première durée de seuil (T1;; T13) et pour faire passer ledit signal de sortie du second état vers le premier état lorsqu'une phase subséquente d'établissement du courant d'excitation présente une durée inférieure à une seconde durée de seuil (TR-T2; T10) plus courte que la première durée de seuil. 2. Dispositif selon la revendication 1, pour un régulateur à fréquence fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen temporisateur (TEMP1) présentant une constante de temps, déterminant la première durée de seuil (T1), sensiblement supérieure à période de régulation (TR), et un second moyen temporisateur (TEMP2) présentant une constante de temps (T2) égale à la différence entre ladite période de régulation (TR) et ladite seconde durée de seuil (TR-T2). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal représentatif de l'établissement ou de la suppression du courant d'excitation (Uex) est appliqué directement à une entrée de réarmement (RAZ) du second moyen de temporisateur (TEMP2), et en ce qu'il est prévu des moyens de commutation logique (NOR1-NOR3, INV2, INV3; NOR4) commandés par la sortie du premier moyen temporisateur (TEMP1) pour appliquer à une entrée de réarmement (RAZ) de ce dernier, sélectivement, ledit signal logique d'entrée (Uex) ou la sortie (V2) du second moyen temporisateur, et pour sélectivement activer et désactiver ledit premier moyen temporisateur (TEMP1). 4. Dispositif selon la revendication 1, pour un régulateur à fréquence libre, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen temporisateur (TEMP13) présentant une constante de temps (T13) déterminant la première durée de seuil, un second moyen temporisateur (TEMPll, TEMP12, NOR10) présentant une constante de temps (T10) déterminant la seconde durée de seuil et un troisième moyen temporisateur (TEMP20) présentant une constante de temps (T20) sensiblement supérieure à la valeur de la période de régulation lorsque la durée des périodes d'établissement du courant d'excitation est voisine des première et seconde durées de seuil, ledit troisième moyen temporisateur délivrant ledit signal de sortie (FR), ainsi que des moyens de commutation (NORlO, NOR20, INV30) commandés par la sortie du troisième moyen temporisateur pour sélectivement appliquer à une entrée de réarmement (RAZ) de ce dernier la sortie du premier ou du second moyen temporisateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premier et second moyens temporisateurs sont constitués par un compteur numérique unique dont des bits de sortie de poids différents (B1-B3), ou des combinaisons de tels bits, constituent les sorties.