Brevet FR2703796A1 — publié le 19941014

"Procédé et dispositif de positionnement d'une installation de réglage". La présente invention concerne un procédé de positionnement d'une installation de réglage à commande électrique, avec un moyen de réglage qui reçoit au moins un signal représentant la position souhaitée, au moins un élément de calcul qui crée le si- gnal représentant la position souhaitée à partir des para- mètres de fonctionnement, L'invention concerne également un dispositif de positionnement d'une installation de réglage à commande électrique comportant au moins un élément de calcul pour créer un signal représentant la position souhaitée pour l'installation de réglage, des moyens de réglage qui rè- glent la position souhaitée en actionnant l'installation de réglage. On connaît déjà un tel procédé ou un tel dispo- sitif selon le document DE-OS 35 10 176 (brevet US-A- 4 622 936) Ce document décrit par exemple un volet d'étranglement d'un véhicule automobile, à commande élec- trique Le positionnement du volet d'étranglement se fait par un moteur électrique et un étage de puissance à l'aide d'un régulateur de position, en fonction de la différence entre une valeur de position réelle détectée par un élément de mesure et une valeur de position de consigne, prédéter- minée La valeur de consigne de la position est formée sui- vant les grandeurs de fonctionnement telles que la position d'un élément de commande actionné par le conducteur, dans un élément de calcul pour être fourni comme niveau de si- gnal analogique ou régulateur de position La précision du positionnement de l'installation de réglage dépend dans la solution connue, de la résolution d'un convertisseur numé- rique/analogique transformant la représentation numérique de la valeur de consigne dans le calculateur en un niveau analogique En plus de la résolution, ce convertisseur li- mite également la rapidité de variation de la valeur de consigne. La présente invention a ainsi pour but de créer des moyens permettant un position précise d'une installa- tion de réglage en améliorant la procédure connue, de pré- férence sans augmenter considérablement la mise en oeuvre de moyens de commutation. Pour cela, l'élément de calcul fournit la va- leur de consigne sous forme numérique d'un signal impul- sionnel avec au moins un paramètre variable qui est transformé en une valeur de consigne analogique réglée par le régulateur analogique pour positionner l'installation de réglage. Un tel procédé est connu selon la demande non publiée antérieurement DE-P 42 03 191 dans le cadre de la régulation du courant d'une phase d'un moteur pas à pas. Avantages de l'invention L'invention concerne un procédé caractérisé en ce que le signal représentant la position souhaitée est un signal impulsionnel avec au moins un élément de calcul. Le procédé selon l'invention permet de posi- tionner de manière exacte une installation de réglage en ne demandant qu'une mise en oeuvre en circuit, réduite. Il est en outre avantageux de pouvoir conserver une prédétermination numérique de la valeur de consigne dans un élément de calcul pour utiliser les avantages d'un élément de calcul en liaison avec le calcul de la valeur de consigne. De façon avantageuse, on supprime le convertis- seur numérique/analogique. Le procédé selon l'invention est particulière- ment important en ce qu'il permet une plus grande résolu- tion que celle autorisée par un convertisseur numérique/analogique usuel. L'utilisation de filtre passe bas du second ou du quatrième ordre permet de réduire de manière satisfai- sante l'ondulation en résiduel de la valeur de consigne analogique, obtenue à partir du signal impulsionnel et con- tenant au moins un paramètre variable. De façon avantageuse, on a un signal à largeur d'impulsion modulée pour lequel l'élément de calcul prédé- termine la longueur de l'impulsion, c'est-à-dire le rapport de travail en fonction de la valeur de consigne calculée. Les étapes de programme liées à cette opération dans l'élé- ment de calcul sont particulièrement simples. La relation linéaire simple entre le rapport de travail du signal à largeur d'impulsion modulée et la va- leur de consigne est particulièrement avantageuse Le pro- cédé selon l'invention permet sans mettre en oeuvre des moyens importants, une précision de 12 bits. L'application du procédé selon l'invention en liaison avec un régulateur de position analogique pour ré- gler un élément de réglage de puissance comme un volet d'étranglement ou une barre de réglage d'un moteur à com- bustion interne est une application particulièrement avan- tageuse. En plus du choix d'un signal à largeur d'impul- sion modulée à rapport de travail variable, selon d'autres modes de réalisation, on peut avoir un signal impulsionnel de fréquence variable et à largeur d'impulsion fixe. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: les moyens de réglage comprennent également un régulateur de position, analogique recevant le signal analogique pour la position souhaitée ainsi qu'un signal de valeur réelle représentant la position de l'installation de réglage, et qui détermine une mesure de la différence de la valeur de consigne et de la valeur réelle; le signal de sortie du régulateur analogique de position est transformé en un signal à largeur d'impulsion modulée pour commander l'installation de réglage à manoeuvre électrique; l'ins- tallation de réglage à commande électrique et le volet d'étranglement d'un véhicule automobile qui est actionné par l'intermédiaire d'un moteur électrique, d'un moteur à courant continu ou d'un actionneur rotatif. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés aux dessins dans lesquels: La figure 1 montre un schéma par blocs de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 montre le chronogramme d'un signal de valeur de consigne prédéterminé par un élément de cal- cul. La figure 3 montre un exemple de réalisation d'un moyen de conversion pour convertir la valeur de consi- gne impulsionnelle en une valeur de consigne analogique. Description du mode de réalisation A la figure 1, la référence 10 désigne une uni- té de commande comprenant au moins un élément de calcul. L'unité de commande 10 reçoit les lignes d'entrée 12 à 14 provenant de l'installation de mesure 16 à 18 pour saisir des grandeurs ou paramètres de fonctionnement de l'unité motrice et/ou du véhicule Une ligne de sortie 20 de l'uni- té de commande 10 conduit, le cas échéant, par l'intermé- diaire d'un moyen adaptateur 22, à des moyens de conversion 24 Leur signal de sortie 26 est conduit au régulateur ana- logique de position 28 qui reçoit en outre la ligne d'en- trée 30 La ligne de sortie 32 du régulateur analogique de position 28 conduit à un autre moyen de conversion 34 relié par sa ligne de sortie 36 à un étage de puissance 38. L'étage de puissance 38 commande par ses lignes de sortie et 41 un moteur 42, de préférence un moteur à courant continu Ce moteur est relié par une liaison mécanique 44 à un élément de réglage de puissance 46, notamment un volet d'étranglement d'un moteur à combustion interne non repré- senté Le moteur 42, la liaison 44 ou le volet d'étrangle- ment 46 sont également reliés par une autre liaison active à une installation de mesure 50 pour saisir la position d'élément de réglage 46 ou de la liaison 44 ou du moteur 42 La ligne de sortie 30 de l'installation de mesure 50 conduit au régulateur de position 28 qui comprend l'instal- lation de réglage à positionner et qui suivant la réalisa- tion est un élément de réglage de puissance 46, une liaison 44, un moteur 42 et/ou une installation de mesure 50. Le dispositif selon la figure 1 sert à régler " O l'installation de réglage sur une position prédéterminée. Celle-ci est définie suivant les paramètres de fonctionne- ment qu'elle reçoit, par exemple sur la base des champs ca- ractéristiques, des courbes caractéristiques, des tableaux ou des équations Les grandeurs caractéristiques de fonc- tionnement représentent notamment la position d'un élément de manoeuvre à actioner par le conducteur dans le cas du système de la pédale d'accélération électronique, la tempé- rature du moteur, la vitesse de rotation du moteur, la ten- sion de la batterie, la charge du moteur, etc pour une régulation de ralenti, de la vitesse du véhicule et des si- gnaux de manoeuvre d'un levier de manoeuvre dans le cas du régulateur de vitesse de déplacement, la vitesse de rota- tion des roues dans le cas du système de régulation anti- patinage, etc Le procédé selon l'invention peut s'utiliser avantageusement en liaison avec toutes ces applications. Une application préférentielle est une commande électroni- que de la puissance du moteur dans le cas d'une pédale d'accélérateur, électrique, une régulation de ralenti, une régulation de vitesse de déplacement et d'une régulation du patinage par le positionnement de l'élément de réglage à l'aide d'un régulateur de position analogique. La valeur de consigne calculée est transformée par le calculateur 10 en un signal rectangulaire à largeur d'impulsion de préférence modulée Le calculateur détermine le rapport de travail du signal en ce qu'il détermine par exemple la longueur des impulsions ou l'instant de la fin de l'impulsion à l'intérieur d'une période prédéterminée du signal de forme impulsionnelle. La figure 2 esquisse un tel signal; en abscis- ses on a représenté le temps et en ordonnées, le niveau du signal PWM émis par l'unité de commande 10 dans la ligne La période To est donnée comme fixe alors que la lar- geur d'impulsion t ou rapport de travail t/To est définie par l'élément de calcul suivant les paramètres de fonction- nement En d'autres termes, la position souhaitée de l'ins- tallation de réglage est fournie par l'unité de commande, de manière numérique par un signal à largeur d'impulsion modulée Le rapport de travail t/To de ce signal est de préférence lié par une relation linéaire avec la valeur de consigne Ul du régulateur analogique de position, valeur formée par conversion (dans l'élément 24) à partir du si- gnal PWM; ce rapport est ainsi essentiellement en relation linéaire avec la position de l'installation de ré- glage; dans l'exemple de réalisation préférentiel, la re- lation se fait avec la position d'un volet d'étranglement pour une plage d'angle comprise entre environ O et 900. Suivant une autre réalisation avantageuse, le signal de valeur de consigne, numérique généré par l'élé- ment de calcul peut être un signal impulsionnel à durée de période To variable suivant les paramètres de fonctionne- ment et une largeur d'impulsion fixe t à période fixe To et durée variable (TO t), un signal en dents de scie, de pé- riode fixe et de pente variable (en prédéterminant le temps de montée) ou à période variable ou encore d'un signal triangulaire. Le signal à modulation de largeur d'impulsion formé par le calculateur est transmis le cas échéant par un élément d'adaptation de niveau 22 qui effectue suivant le cas une adaptation de niveau et/ou une limitation de niveau pour adapter le niveau de tension de sortie de l'unité de commande à la précision de l'application Cela par ce que le régulateur de position 28, analogique, qui suivra ulté- rieurement, assure le positionnement de l'installation de réglage suivant des valeurs absolues de signal La préci- sion du position augmente ainsi avec le niveau du signal de sortie En outre, il peut être avantageux de respecter un niveau maximum qui peut être traité par le régulateur de position. Après l'adaptation de niveau, on fournit le si- gnal à largeur d'impulsion modulée aux moyens de conversion 24 qui transforment ce signal en un signal de tension, ana- logique, Ul Ces moyens de conversion 24 comprennent selon un exemple de réalisation préférentiel, des filtres désin- tégrateurs à composants discrets dont la construction et le dimensionnement sont choisis suivant le cas d'application en tenant compte de la dynamique et de l'ondulation rési- duelle du signal Ul Il s'est avéré qu'un filtre passe bas constituait un moyen de conversion particulièrement appro- prié Suivant l'application, on peut utiliser des filtres passe bas actifs ou passifs de différents ordres Selon un exemple de réalisation préférentiel, il s'est avéré qu'un filtre passe bas du quatrième ordre comme celui représenté par exemple à la figure 3, donne de bons résultats concer- nant l'ondulation résiduelle et la dynamique lorsqu'on mo- difie le signal à largeur d'impulsion modulée. D'autres filtres et intégrateurs peuvent s'uti- liser dans d'autres exemples de réalisation avec des effets tout aussi avantageux. Le signal de tension analogique UT est fourni par la ligne 26 comme valeur de consigne de position au ré- gulateur de position analogique 28 réalisé de manière con- nue, par exemple avec des amplificateurs opérationnels et présentant suivant l'application un comportement propor- tionnel-intégral et/ou différentiel Le procédé selon l'in- vention présente également des avantages dans le cadre d'autres types de régulateurs comme par exemple des moyens de régulation à deux ou trois points, etc Dans le régu- lateur analogique de position 28, à partir de la valeur de consigne U 1 et de la position de l'installation de réglage U 2 (valeur réelle) saisie par l'unité de mesure 50, on forme une mesure de la différence: valeur de consi- gne/valeur réelle U 3 Ce signal est fourni comme signal de sortie-du régulateur aux moyens de conversion 34 La ten- sion U 3 y est de nouveau transformée en un signal de com- mande à largeur d'impulsion modulée pour être fournie par la ligne 36 à l'étage de puissance 38 Les moyens de con- versions 34 forment le signal à largeur d'impulsion modulée par exemple de manière connue à l'aide d'une comparaison du signal de tension analogique U 3 et d'une valeur de tension qui évolue dans le temps avec une période fixe, suivant un tracé en dents de scie ou en triangle. Dans un exemple de réalisation préférentiel, le signal à largeur d'impulsion modulée 36 commande un étage de puissance en pont complet 38 pour commander de manière cadencée un moteur à courant continu Le moteur à courant continu 42 se déplace en direction de la position souhaitée jusqu'à ce que la différence entre la valeur réelle et la valeur de consigne soit pratiquement nulle, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'on se trouve dans la position souhaitée. L'élément de mesure 50 qui détecte la position de l'installation de réglage peut être dans le cas le plus simple, un potentiomètre; dans d'autres applications, il peut s'agir d'un capteur de position sans contact. En plus de l'exemple d'application préférentiel d'une régulation de position, un volet d'étranglement équi- pant un moteur à combustion interne, le procédé selon l'in- vention peut également s'appliquer en liaison avec la régulation de position avec des moteurs pas à pas, des ac- tionneurs rotatifs ou dans le cas d'installations de clima- tisation, de barres de régulation ou de leviers de pompe d'injection Le procédé selon l'invention pour prédétermi- ner la valeur numérique de consigne par un signal impul- sionnel en tenant compte d'au moins un paramètre variable en liaison avec des régulateurs ayant d'autres conceptions sur des véhicules automobiles, peut s'appliquer à des régu- lateurs de vitesse de rotation, des régulateurs de pres- sion, des régulateurs de débit d'air, etc La figure 3 montre un exemple de réalisation préférentiel du moyen de conversion 24 qui est un filtre passe bas, actif du quatrième ordre L'entrée 100 du moyen de conversion 24 reçoit le signal PWM à largeur d'impulsion modulée provenant de l'unité de commande 10 Ce signal a été le cas échéant adapté en niveau ou limité et il est transmis par une résistance Rl à un point de combinaison 102, à une résistance R 3, à un point de combinaison 104, pour arriver à l'entrée positive d'un amplificateur opéra- tionnel 106 Un condensateur Cl relie le point de combinai- son 104 à la masse La sortie de l'amplificateur opérationnel 106 est reliée à un point de combinaison 108 à partir duquel un condensateur C 2 est relié au point de com- binaison 102, alors qu'une ligne 110 revient à l'entrée né- gative de l'amplificateur opérationnel 106 Une troisième résistance R 3, relie le point de combinaison 108 par un point de combinaison 112, une quatrième résistance R 4, un point de combinaison 114, jusqu'à l'entrée positive d'un second amplificateur opérationnel 116 Un condensateur C 3 relie le point de combinaison 114 à la masse La sortie de l'amplificateur opérationnel 116 est reliée à un point de combinaison 118 à partir duquel un condensateur C 4 est re- lié au point de combinaison 112; une ligne 120 relie en retour à ce point de combinaison à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 116 et une cinquième résis- tance R 5 est reliée à la masse Le point de combinaison 118 constitue la sortie U 3 du moyen de conversion 24. Le circuit décrit correspond à un filtre passe bas du quatrième ordre On a montré que l'ondulation rési- duelle du signal U, pour un niveau du signal PWM d'environ volts et par un choix et un dimentionnement appropriés des éléments du circuit, se situe à environ 100 Microvolts. En comparaison, un filtre passe bas de construction corres- pondante, du second ordre (R 3, R 4, C 3, C 4, R 5 l'amplifica- teur opérationnel 116) présente pour le même niveau de signal PWM, une ondulation résiduelle d'environ 20 milli- volt, toutefois à l'état d'oscillation stable Pour des ap- plications demandant une résolution élevée et une faible ondulation résiduelle, on utilise de préférence un filtre passe bas du quatrième ordre selon la réalisation du moyen de conversion 24; dans d'autres réalisations, un filtre de second ordre peut suffire. il R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé de positionnement d'une installation de réglage à commande électrique, avec un moyen de réglage qui reçoit au moins un signal représentant la position souhaitée, au moins un élément de calcul qui crée le si- gnal représentant la position souhaitée à partir des para- mètres de fonctionnement, caractérisé en ce que, le signal représentant la position souhaitée est un signal impulsionnel avec au moins un paramètre va- riable créé par au moins un élément de calcul. 2) Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le paramètre variable du signal impulsionnel représente la largeur de l'impulsion pour une période fixe, la durée de la période pour une largeur d'impulsion fixe ou le rapport de travail. 3) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé par des moyens de conversion qui forment un signal de tension analogique à partir du signal impulsionnel. 4) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les moyens de conversion sont des filtres. 5) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les moyens de conversion sont des filtres passe-bas, de préférence du quatrième or- dre. 6) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'au moins un élément de cal- cul crée le signal impulsionnel sur la base des paramètres de fonctionnement, le paramètre variable étant défini en fonction des paramètres, le signal impulsionnel étant transformé par le moyen de conversion en un signal analogi- que représentant la position souhaitée pour l'installation de réglage. 7) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les moyens de réglage com- prennent également un régulateur de position, analogique recevant le signal analogique pour la position souhaitée ainsi qu'un signal de valeur réelle représentant la posi- tion de l'installation de réglage, et qui détermine une me- sure de la différence de la valeur de consigne et de la valeur réelle. 8) Procédé selon l'uhe des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le signal de sortie du ré- gulateur analogique de position est transformé en un signal à largeur d'impulsion modulée pour commander l'installation de réglage à manoeuvre électrique. 9) Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'installation de réglage à commande électrique et le volet d'étranglement d'un véhi- cule automobile qui est actionné par l'intermédiaire d'un " O moteur électrique, d'un moteur à courant continu ou d'un actionneur rotatif. ) Dispositif de positionnement d'une instal- lation de réglage à commande électrique comportant: au moins un élément de calcul pour créer un signal représentant la position souhaitée pour l'installa- tion de réglage, des moyens de réglage qui règlent la position souhaitée en actionnant l'installation de réglage, caractérisé en ce que, le signal créé par l'élément de calcul est un signal impulsionnel à au moins un paramètre variable, la grandeur de ce paramètre variable étant une mesure de la position souhaitée.