Brevet FR2747859A1 — publié le 19971024

La présente invention concerne un procédé de ré- gulation du courant d'excitation d'un alternateur de vé- hicule automobile par traitement numérique et un disposi- tif régulateur mettant en oeuvre un tel procédé. De manière connue, un alternateur est une machine électrique dans laquelle un courant alternatif est généré dans ses enroulements de stator sous l'effet d'un induc- teur qui est parcouru par un courant d'excitation lorsque cet inducteur est mis en rotation. A la sortie des enrou- lements du stator, un pont de diode assure le redresse- ment du courant alternatif de manière à délivrer à la batterie du véhicule une tension continue. Cette tension doit être régulée de manière à res- ter constante quelle que soit la vitesse de rotation de l'alternateur et quelle que soit la charge à laquelle est soumise la batterie. La tension de sortie de l'alterna- teur présente ainsi une ondulation de régulation à l'image du courant d'excitation, cette ondulation étant de période T, comprenant une première alternance Ti pen- dant laquelle la tension de la batterie du véhicule est appliquée à l'inducteur ce qui permet d'augmenter le cou- rant circulant dans l'inducteur, et une deuxième alter- nance T2 pendant laquelle la tension de la batterie n'est pas appliquée à l'inducteur ce qui fait diminuer le courant dans l'inducteur. Le rapport T1/(T?+T:) est appelé rapport cyclique. On a déjà proposé d'effectuer la régulation à l'aide de techniques numériques. Le brevet européen n EP 0 481 862 décrit notamment un procédé de régulation par traitement numérique, selon lequel on effectue une mesure de la tension de sortie de l'alternateur à chaque période T, par échantillonnage, en détectant, dans chaque période T, quelle est la plus longue des alternances Tl ou T2, et en effectuant l'échantillonnage pendant un temps Te placé au milieu de l'alternance la plus longue. La valeur numé- rique de la tension mesurée est ensuite comparée à une référence et on déduit de cette comparaison la valeur des alternances T1 et T2 de la période suivante. Ce procédé de régulation, bien que satisfaisant car il permet de s'affranchir des variations dues à l'on- dulation, en centrant la mesure de la tension à réguler sur l'alternance la plus longue, est relativement compli- qué à mettre en oeuvre. Il faut en effet, d'une part dé- tecter l'alternance la plus longue, et d'autre part cen- trer le temps d'échantillonnage en son milieu. On a en outre pu constater que des défauts de régulation appa- raissaient lorsqu'on passait d'un rapport cyclique supé- rieur à 50% (alternance TI la plus longue) à un rapport cyclique inférieur à 50% (alternance T2 la plus longue). La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes et propose à cet effet un procédé de régulation du courant d'excitation d'un inducteur d'alternateur pour véhicule automobile, ledit alternateur comprenant notam- ment un pont redresseur délivrant une tension redressée à réguler, la tension redressée présentant une ondulation comportant une composante de fréquence basse provoquée par le signal d'excitation, variable en amplitude, ladite tension redressée étant ainsi une tension périodique dont chaque période T se décompose en une première alternance T1 durant laquelle la tension de la batterie du véhicule est appliquée à l'inducteur et une deuxième alternance T2 pendant laquelle la tension de la batterie n'est pas ap- pliquée à l'inducteur, consistant: - à déclencher une mesure de la tension redressée au cours de chaque période T, - à réaliser la mesure pendant une durée Te pré- déterminée, par échantillonnage, c'est à dire en effec- tuant des mesures successives et rapprochées, - à comparer la valeur mesurée de la tension re- dressée à une valeur de référence calculée, - à déduire de cette comparaison la durée de la première alternance T1 de la période T suivante, caractérisé en ce que la mesure par échantillonnage de durée Te prend fin, à chaque période T, à un instant T - E, en considérant E comme un temps très court par rapport à la durée de la période T. Selon un aspect préféré de l'invention, la durée d'échantillonnage Te est sensiblement égale à la moitié de la durée de la période T. Ainsi, en effectuant une mesure sur une demi- période et en plaçant cette mesure toujours à la fin de la période, la valeur mesurée est représentative de la tension de sortie de l'alternateur et le procédé de me- sure est simplifié par rapport à ceux de l'art antérieur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention prises indépendamment ou en combinaison, - la comparaison de la valeur mesurée de la ten- sion redressée avec une valeur de référence calculée est effectuée pendant le temps E compris entre la fin de la mesure par échantillonnage de durée Te et la fin de la période T; - le calcul de la durée de la première alternance T1 de la période T suivante est effectué pendant le temps E compris entre la fin de la mesure par échantillonnage de durée Te et la fin de la période T; - le temps E est sensiblement égal au temps mini- mum nécessaire pour effectuer: la comparaison entre la valeur mesurée de la tension redressée et la valeur de référence calculée, et le calcul de la durée de la pre- mière alternance T1 de la période T suivante; - la valeur de référence est calculée en fonction d'au moins un paramètre lié à l'alternateur et/ou à la batterie du véhicule; - la valeur de référence est calculée en fonction de la température de l'alternateur et/ou de la batterie du véhicule; - le calcul de la valeur de référence est effec- tué pendant un temps compris entre le début de la période T et le début de la mesure par échantillonnage de durée Te. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé de régulation consiste: - à effectuer, au cours de chaque période T, une mesure de température, - à en déduire une valeur de référence, fonction de la température mesurée, ladite valeur de référence étant ensuite comparée avec la valeur de la tension re- dressée mesurée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de référence est calculée, à partir d'une va- leur prédéterminée pour une température donnée, en appli- quant à cette valeur prédéterminée un facteur correctif qui est une fonction de la température. L'invention s'applique également à un dispositif régulateur du courant d'excitation d'un alternateur met- tant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des ca- ractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages apparaî- tront à la lecture de la description suivante en se réfé- rant aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dis- positif régulateur selon l'invention; - la figure 2 représente des diagrammes temporels de plusieurs signaux illustrant le procédé de l'inven- tion; - les figures 3 et 4 sont des organigrammes mon- trant le fonctionnement de l'invention; - la figure 5 est une courbe présentant la valeur de référence calculée en fonction de la température. La figure 1 illustre un alternateur 1 comprenant des enroulements de stator 3 dans lesquels est généré, sous l'action d'un inducteur 4, une tension alternative. Un pont de diodes 5 est connecté à la sortie des enroule- ments pour délivrer une tension redressée UB appliquée à la batterie et au réseau de bord du véhicule. Le courant d'excitation parcourant l'inducteur 4 est régulé par un dispositif régulateur 2. Celui-ci com- prend un circuit de commande du courant d'excitation 7, constitué par exemple d'un transistor de puissance qui, lorsqu'il est passant, laisse passer un courant d'excita- tion et, lorsqu'il est bloqué, empêche l'inducteur d'être alimenté par la batterie du véhicule. Une diode 6 assure une recirculation du courant dans l'inducteur pendant les phases o l'inducteur n'est plus alimenté par la batte- rie. Le dispositif régulateur 2 comprend en outre un microcontrôleur 13 comportant: - un microprocesseur 8, muni d'une mémoire, qui effectue les calculs et traitements nécessaires à la ré- gulation; - une interface d'entrée et de sortie 9 du micro- processeur; - un convertisseur analogique / numérique 10 qui transforme la tension UB de sortie de l'alternateur en une série d'octets et qui convertit la tension délivrée par le capteur de température 11, représentative de la température de l'alternateur ou de la batterie, en une valeur numérique; - un circuit de temporisation 12 qui provoque des interruptions pour changer l'état d'excitation et qui se charge des données calculées par le microprocesseur 8. A la figure 2A, on a représenté la tension à ré- guler UB+ telle qu'elle apparaît en sortie de l'alterna- teur ou sur le réseau de bord du véhicule, le temps étant porté en abscisse et la tension en ordonnée. Cette tension UB présente une ondulation 20 de fréquence élevée, qui est due en particulier au pont de diodes 5 assurant le redressement de UB+. A cette ondula- tion se superpose une ondulation 21, de fréquence beau- coup moins élevée, qui varie en amplitude en fonction des variations du courant d'excitation dans l'inducteur. La valeur moyenne de la tension UBt oscille ainsi autour d'une tension moyenne 22. En liaison avec la figure 2C qui représente la tension d'excitation appliquée à l'inducteur en fonction du temps, l'ondulation 21 est de période T se décomposant en deux alternances Tl et T2. Pendant l'alternance T., un créneau apparaît sur la figure 2C signifiant qu'une tension d'excitation est appliquée à l'inducteur 4, ce qui fait croître la tension UB+ comme on peut le voir sur la figure 2A. Pendant l'alternance T2, par contre, aucune ten- sion d'excitation n'est appliquée à l'inducteur, ce qui se traduit par un niveau zéro sur la figure 2C et qui fait décroître la tension UB (figure 2A). Le rapport cyclique T,/(Ti+T2) peut en théorie va- rier de 0 à 100 % suivant les besoins des circuits utili- sateurs et suivant l'état de charge de la batterie. La figure 2B représente des créneaux Te qui cor- respondent à la durée pendant laquelle on effectue une mesure de la tension UB', par échantillonnage, au cours de chaque période T. Selon l'invention, cette mesure par échantillon- nage d'une durée Te est placée à la fin de chaque période T, quel que soit le rapport cyclique, de façon qu'elle se termine à un temps E, très court, avant la fin de la pé- riode T. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, le créneau d'échantillonnage Te a une durée sensi- blement égale à une demi-période T. Par exemple, si la période T est de 16 millise- condes, la durée d'échantillonnage sera de 8 millisecon- des et le temps E sera inférieur à une milliseconde. Ainsi, la mesure de la tension UB+ est fiable puisqu'elle dure une demi-période, et le fait qu'elle soit placée en fin de période T permet d'avoir un temps de réponse rapide du dispositif régulateur. L'ensemble de ces opérations est effectué par un programme géré par le microcontrôleur 13. Ainsi, la figure 2D montre qu'une interruption Il, provoquée par le circuit de temporisation 12, déclen- che l'apparition d'un créneau d'excitation (visible sur la figure 2C) qui dure pendant toute la durée T1 chargée dans le circuit de temporisation. Une fois cette durée écoulée, le circuit de tem- porisation provoque une interruption 12 qui fait basculer l'excitation à zéro pendant toute la durée T2. Dans la suite de la description, le fonctionne- ment du procédé de régulation de l'invention sera décrit en se reportant aux organigrammes des figures 3 et 4 qui montrent un exemple de mise en oeuvre dudit procédé. La figure 3 représente le programme principal qui est effectué par le microcontrôleur 13 tandis que la fi- gure 4 montre un programme d'interruption, effectué à chaque interruption générée par le circuit de temporisa- tion 12, qui a une durée négligeable par rapport à celle des autres opérations effectuées par le programme princi- pal. Le programme commence par une initialisation 30 de tous les paramètres utilisés par le microcontrôleur 13 et par le circuit de temporisation 12 puis par une mémo- risation 31 des valeurs prédéterminées de la température Oa et de la tension correspondante Uref(0a). Pour décrire en détail ce programme, on suppose se trouver à l'instant tau moment o l'interruption Il vient d'être provoquée déclenchant l'apparition d'un cré- neau Tl d'excitation. L'indicateur d'échantillonnage ayant été posi- tionné sur Non lors de l'initialisation du programme, lorsque le test 32 est effectué, c'est sa sortie 33 qui est choisie. Le microcontrôleur attend donc en 34 que s'écoule une durée chargée préalablement en mémoire qui est inférieure à T - T/2 - s. Puis l'indicateur d'échan- tillonnage est positionné sur Oui en 35. Il est à noter que l'attente 34 du microcontrô- leur peut être utilisée de manière plus profitable en ef- fectuant des calculs ou des traitements complémentaires qui ne font pas l'objet de la présente invention. Lors du nouveau test 32 de l'indicateur d'échan- tillonnage, c'est sa sortie 36 qui est choisie et les opérations suivantes sont alors effectuées: - en 37, on effectue une mesure de la température 0 en utilisant les informations délivrées par le capteur de température 11 au convertisseur analogique / numérique 10; - en 38, on calcule la valeur de référence Uref(0) en fonction de la température 0 qui a été mesurée; le procédé de calcul sera exposé plus loin en référence à la figure 5; - lorsqu'une durée T - T/2 - E s'est écoulée de- puis l'instant t1, la mesure de la tension UB+ est déclen- chée en 39 et elle s'effectue pendant toute la durée Te par échantillonnage, c'est à dire qu'on effectue N mesu- res successives de UB+ qui sont additionnées et mémori- sées par le microprocesseur 8 sous forme d'un nombre de deux octets; - à la fin de la durée Te, et pendant le temps E, on compare en 40 la valeur de la tension UBE mesurée à la valeur de référence Uref( calculée en 38 et on en déduit en 41 la nouvelle valeur de l'alternance Tl; - en 42, on bascule l'indicateur d'échantillon- nage sur Non et on retourne au test 32. Le temps ú correspond donc au temps minimum qui est nécessaire pour que le microprocesseur 8 effectue: - la comparaison 40 entre la valeur mesurée de la tension UB+ et la valeur de référence Uref(0); et - le calcul de la valeur de l'alternance T1 de la période suivante. Ce temps E dépend donc de la vitesse de calcul du microprocesseur 8. En variante, les opérations de mesure de la tem- pérature 0 (étape 37) et de calcul de la valeur de réfé- rence Uref(O) (étape 38) peuvent être effectuées à l'étape 34. En référence à la figure 4, nous allons mainte- nant décrire le programme d'interruptions qui est effec- tué par le microcontrôleur 13 à chaque fois qu'une inter- ruption est déclenchée par le circuit de temporisation 12. Lorsqu'une interruption 50 intervient, un test 51 est effectué pour connaître l'état d'un drapeau de con- trôle d'interruptions D. Si le drapeau D est à 0, alors la sortie 52 du test est choisie. A l'étape 54, on charge aussitôt la va- leur 1 dans le drapeau D puis, en 55, on charge la valeur T1 qui a été calculée par le programme principal dans le circuit de temporisation 12 pour que celui-ci provoque la prochaine interruption lorsque se sera écoulé le temps T1. En 56, le microcontrôleur 13 commande au circuit de contrôle du courant d'excitation 7 d'alimenter l'in- ducteur 4 avec un courant d'excitation, c'est à dire qu'on déclenche un créneau d'excitation d'une durée T", comme ceux visibles à la figure 2C, puis on retourne, en 60, au programme principal. Lorsque la durée d'excitation T, est écoulée, le circuit de temporisation 12 provoque une nouvelle inter- ruption et on effectue à nouveau le test 51. Comme le drapeau D est à 1, c'est alors la sortie 53 du test qui est choisie. En 57, on charge la valeur 0 dans le drapeau D, puis en 58, on charge la valeur T - T1 en fonction de la valeur T, qui a été calculée par le programme princi- pal, enfin en 59, on commande au circuit de contrôle du courant d'excitation 7 de cesser d'alimenter l'inducteur 4 pendant toute la durée T - Tl et on retourne au pro- gramme principal en 60. Lorsque la durée T - Ti se sera écoulée, une nou- velle interruption sera déclenchée et comme le drapeau D est à 0, ce sont les étapes 51, 52 et 54 à 56 qui seront effectuées. La figure 5 illustre de quelle manière est calcu- lée la valeur de référence Uref(0), à partir d'une valeur de référence Uref(oa) prédéterminée pour une température Oa donnée. A partir de cette valeur prédéterminée, on appli- que un facteur correctif f(0) qui dépend de la tempéra- ture 0 qui a été mesurée: Uref (0) = Uref (0a) - f() A la figure 5, on a représenté deux exemples pos- sibles de la fonction -f(0) par les courbes 70 et 80. Si par exemple f est une fonction linéaire croissante avec la température 0, la représentation gra- phique de -f(0) est une droite dont la pente est néga- tive. Dans l'exemple considéré, les courbes sont calcu- lées entre 0a = -30 C et 0b = 140 C. Dans la courbe 70, Uref(0a) = 15,05 Volts et Uref(0b) = 13,35 Volts ce qui per- met d'obtenir une compensation thermique de -10 milli- volts/ C tandis que dans la courbe 80, U'ref(0a) = 14,725 Volts et U'ref(0b) = 14,13 Volts ce qui permet d'obtenir une compensation thermique de -3,5 millivolts/ C. Naturellement, on pourra utiliser d'autres formes de compensations thermiques, notamment la fonction f n'est pas forcément une fonction linéaire mais peut être quelconque. De même, la valeur de référence de la tension pourra être calculée en fonction d'autres paramètres de l'alternateur comme sa vitesse ou la charge qui lui est appliquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation du courant d'excitation d'un inducteur (4) d'alternateur pour véhicule automo- bile, ledit alternateur comprenant notamment un pont re- dresseur (5) délivrant une tension redressée (UB+) à ré- guler, la tension redressée (UB+) présentant une ondula- tion comportant une composante de fréquence basse provo- quée par le signal d'excitation, variable en amplitude, ladite tension redressée étant ainsi une tension périodi- que dont chaque période T se décompose en une première alternance T, durant laquelle la tension de la batterie du véhicule est appliquée à l'inducteur et une deuxième alternance T2 pendant laquelle la tension de la batterie n'est pas appliqué à l'inducteur, consistant: - à déclencher une mesure de la tension redressée (UB+) au cours de chaque période T, - à réaliser la mesure pendant une durée Te pré- déterminée, par échantillonnage, c'est à dire en effec- tuant des mesures successives et rapprochées, - à comparer la valeur mesurée de la tension re- dressée (UB+) à une valeur de référence calculée (Uref), - à déduire de cette comparaison la durée de la première alternance T, de la période T suivante, caractérisé en ce que la mesure par échantillon- nage de durée Te prend fin, à chaque période T, à un ins- tant T - g, en considérant E comme un temps très court par rapport à la durée de la période T. 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'échantillonnage Te est sensiblement égale à la moitié de la durée de la pé- riode T. 3. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que la comparaison de la valeur mesurée de la tension redressée (UB) avec une valeur de référence calculée (Uref) est effectuée pendant le temps E compris entre la fin de la mesure par échan- tillonnage de durée Te et la fin de la période T. 4. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le calcul de la du- rée de la première alternance Tl de la période T suivante est effectué pendant le temps E compris entre la fin de la mesure par échantillonnage de durée Te et la fin de la période T. 5. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations 3 ou 4, caractérisé en ce que le temps E est sen- siblement égal au temps minimum nécessaire pour effec- tuer: - la comparaison entre la valeur mesurée de la tension redressée (UB+) et la valeur de référence calcu- lée (Uref), et - le calcul de la durée de la première alternance T1 de la période T suivante. 6. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la valeur de référence (Uref) est calculée en fonction d'au moins un paramètre lié à l'alternateur et/ou à la batterie du vé- hicule. 7. Procédé de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur de référence (Uref) est calculée en fonction de la température de l'alternateur et/ou de la batterie du véhicule. 8. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations 6 ou 7, caractérisé en ce que le calcul de la va- leur de référence (Uref) est effectué pendant un temps compris entre le début de la période T et le début de la mesure par échantillonnage de durée Te. 9. Procédé de régulation selon l'une des revendi- cations 6 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste: - à effectuer, au cours de chaque période T, une mesure de température (0), - à en déduire une valeur de référence (Uref(0)) fonction de la température (0) mesurée, ladite valeur de référence étant ensuite comparée avec la valeur de la tension redressée (U,') mesurée. 10. Procédé de régulation selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que la valeur de référence (Uref(0)) est calculée, à partir d'une valeur prédéterminée (Uref(0a)) pour une température (0a) donnée, en appliquant à ladite valeur prédéterminée (Uref(0a)) un facteur correctif qui est une fonction de la température (0). 11. Dispositif régulateur du courant d'excitation d'un alternateur, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes.