Brevet FR2747861A1 — publié le 19971024

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile par traitement numérique dans lequel la tension de sortie de l'alternateur est mesurée par échantillonnage. 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 inducteur qui est parcouru par un courant d'excitation lorsque cet inducteur est mis en rotation. A la sortie des enroulements du stator, un pont de diode assure le redressement du courant alternatif de manière à délivrer à la batterie du véhicule une tension continue. Cette tension doit être régulée de manière à rester constante en valeur moyenne quelle que soit la vitesse de rotation de l'alternateur et quelle que soit la charge à laquelle est soumise la batterie. La régulation est effectuée par le contrôle du courant d'excitation appliqué à l'inducteur, ledit courant d'excitation étant provoqué par un signal d'excitation de période T, comprenant une première alternance T pendant laquelle une tension d'excitation est appliquée à l'inducteur, et une deuxième alternance T2 pendant laquelle aucune tension d'excitation n'est appliquée à l'inducteur. Le rapport T1/(Tl+T2) est appelé rapport cyclique du signal d'excitation. Il existe des procédés de régulation par traitement numérique, notamment celui décrit dans le brevet européen nO EP-A-0 481 862, qui consistent à effectuer une mesure de la tension de sortie de l'alternateur à chaque période T, par échantillonnage, puis à comparer la valeur numérique de la tension mesurée à une valeur de référence, elle-même sous forme numérique, et à calculer, en fonction de cette comparalson, le rapport cyclique de la période suivante. La mesure de la tension de sortie de l'alternateur par échantillonnage s'effectue, de manière classique, à l'aide d'un convertisseur analogique / numérique fonctionnant sur un octet qui mesure plusieurs fois ladite tension, un microprocesseur calculant ensuite la moyenne des mesures effectuées pour en déduire la valeur numérique de la tension mesurée. Or, la mesure de la tension de sortie de l'alternateur doit être très précise car une faible variation de cette tension, par exemple de 100 millivolts, due à une variation de charge, peut conduire à une variation du rapport cyclique de 30k à 80k pour compenser ladite variation de charge. Mais les convertisseurs analogique / numérique classiques, fonctionnant sur un octet, ont une définition de 1/28 = 1/256 sur la pleine échelle. Par conséquent, lorsqu'on veut mesurer une tension qui peut varier par exemple entre 0 et 26 Volts, la précision d'une telle mesure est de 26 Volts/ 256 = 101,5 millivolts. Or, on a vu ci-dessus qu'une définition de la tension de sortie de l'alternateur à 100 millivolts près peut introduire une erreur importante dans le calcul du rapport cyclique d'excitation. En outre, l'utilisation d'un convertisseur analogique / numérique fonctionnant sur deux octets ou plus est d'une part plus coûteuse, et d'autre part inutile dans la présente application. En effet le signal à mesurer (la tension de sortie de l'alternateur) étant très perturbé par la composante alternative (pouvant atteindre plusieurs volts) due au redressement, une grande précision dans la mesure instantanée n'est pas utile. Il est plus important d'avoir une grande précision dans la moyenne obtenue après de multiples mesures. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en fournissant un procédé de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile dans lequel la mesure de ladite tension sous une forme numérique est d'une grande précision tout en utilisant un convertisseur analogique / numérique classique fonctionnant sur un octet. Elle a également pour but de fournir un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. Elle propose à cet effet un procédé de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile par le contrôle du courant d'excitation circulant dans l'inducteur dudit alternateur, ladite tension de sortie étant une tension redressée issue du pont redresseur dudit alternateur, ledit courant d'excitation étant provoqué par un signal d'excitation dont chaque période T se décompose en une première alternance T1 durant laquelle une tension d'excitation est appliquée à l'inducteur et une deuxième alternance T2 pendant laquelle aucune tension d'excitation n'est appliquée à l'inducteur. Selon l'invention, le procédé consiste: - à effectuer un nombre N de mesures élémentaires successives de la tension redressée définies sur un octet, - à additionner au fur et à mesure les N mesures élémentaires, la somme des N mesures élémentaires étant définie sur au moins deux octets, - à comparer la somme des N mesures élémentaires de la tension redressée à une valeur de référence définie sur au moins deux octets, et - à déduire de cette comparaison les durées des alternances T1 et T2 de la période T suivante. Selon un autre aspect de l'invention, la valeur de référence est égale à N fois la valeur souhaitée de la tension de sortie de l'alternateur. Ainsi, on obtient une précision N fois plus grande sur la moyenne de la tension redressée mesurée bien qu'on utilise toujours un convertisseur analogique / numérique fonctionnant sur un octet. De plus, il n'est plus nécessaire de calculer la moyenne des mesures élémentaires effectuées. Selon une autre caractéristique de l'invention, le nombre N de mesures élémentaires de la tension redressée effectuées successivement est compris entre 2 et 256. Selon un aspect préféré de l'invention, le nombre N de mesures élémentaires de la tension redressée effectuées successivement est égal à 256. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la somme des N mesures élémentaires de la tension redressée est définie sur deux octets; - la valeur de référence est définie sur deux octets. L'invention concerne également un dispositif de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile qui met en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de régulation selon l'invention; - la figure 2 est un organigramme montrant le fonctionnement de l'invention. 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 enroulements 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 comprend 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'excitation et, lorsqu'il est bloqué, empêche l'inducteur d'être alimenté par la batterie du véhicule. Une diode 6 dite de roue libre assure la continuité du passage du courant dans l'inducteur pendant les phases où l'inducteur n'est plus alimenté par la batterie. Le dispositif régulateur 2 comprend en outre un microcontrôleur 11 comportant: - un microprocesseur 8, muni d'une mémoire, qui effectue les calculs et traitements nécessaires à la régulation; - une interface d'entrée et de sortie 9 du microprocesseur; - un convertisseur analogique / numérique 10 qui effectue des mesures élémentaires de la tension U3 redressée de l'alternateur sous forme de valeurs numériques VE définies chacune sur un octet. L'organigramme de la figure 2 représente le programme principal qui est effectué par le microcontrôleur 11 pour mettre en oeuvre le procédé de régulation selon l'invention. Le programme commence par l'initialisation de certaines variables: - en 20, la valeur 256 est chargée dans la variable N qui correspond au nombre total de mesures élémentaires de la tension U3 qui doivent être effectuées à chaque période T; - en 21, une variable VB, dans laquelle sera stockée, sur deux octets, la somme des mesures élémentaires, est initialisée à 0; et - en 22, la valeur de référence Uref est mise en mémoire. Il faut noter ici que la valeur de référence Uref est choisie en fonction du nombre N de mesures élémentai res de la tension U3 qui doivent être effectuées. En effet, cette valeur de référence correspond à la valeur souhaitée de la tension de sortie de l'alternateur, c'est à dire celle qui offre une charge optimale à la batterie du véhicule, multipliée par N. La valeur souhaitée de la tension de sortie de l'alternateur varie en pratique en fonction de certains paramètres tels la température de la batterie et peut être calculée dans le programme géré par le microcontrôleur 11, mais ce point ne fait pas l'objet de la présente invention. A l'étape 23, un test est effectué pour connaître l'état d'un indicateur d'échantillonnage. Celui-ci étant été positionné sur Non lors de l'initialisation du programme, c'est la sortie 24 du test qui est choisie. Le microcontrôleur attend donc en 25 que s'écoule une durée chargée préalablement en mémoire et qui correspond sensiblement à la durée de la période T moins la durée nécessaire pour effectuer les N mesures élémentaires de UB+, moins la durée utilisée pour calculer la durée des alternances T1 et T2 de la période T suivante. Puis l'indicateur d'échantillonnage est positionné sur Oui en 26. Il est à noter que l'attente 25 du microcontrôleur peut être utilisée de manière plus profitable en effectuant des calculs ou des traitements complémentaires qui ne font pas l'objet de la présente invention. Lors du nouveau test 23 de l'indicateur d'échantillonnage, c'est sa sortie 27 qui est choisie et la mesure de U3 peut commencer. Les opérations suivantes sont alors effectuées: - en 28, une mesure élémentaire VE de la tension redressée UB+ est délivrée par le convertisseur analogique / numérique 10 sous forme d'une valeur numérique de un octet; - en 29, on ajoute la valeur VE qui vient d'être mesurée à la valeur présente dans la variable VB; - en 30, on décrémente d'une unité la variable N; - en 31, on vérifie si la valeur de N obtenue après l'étape 30 est ou non égale à 0. Tant que les 256 mesures élémentaires VE n'ont pas été effectuées, c'est la sortie 32 du test 31 qui est choisie. Les étapes 28 à 30 sont alors répétées. lêrne Quand la 256lève mesure a été effectuée, la varia- ble N passe à 0 et la sortie 33 du test 31 est choisie. Chaque mesure élémentaire VE étant définie sur un octet, et la variable N étant initialisée à 256, la somme V3 des mesures élémentaires devra être stockée sur deux octets. De même, la valeur de référence Uref devra être également stockée sur deux octets. A l'étape 34, on effectue la comparaison entre la variable VB, qui correspond à la somme des N mesures élémentaires de UB, et la valeur de référence Uref. Le résultat est un nombre sur deux octets qui permet de calculer, à l'étape 35, la durée de l'alternance T1 pendant laquelle une tension d'excitation devra être appliquée à l'inducteur lors de la période T suivante, selon un procédé qui ne fait pas l'objet de la présente invention. En 36, on bascule l'indicateur d'échantillonnage sur Non et on retourne au test 23. Grâce au procédé qui vient d'être décrit, la précision de la mesure de la tension redressée U3+ est multipliée par 256 ce qui rend le procédé de régulation beaucoup plus fiable que ceux de l'art antérieur. En effet, si par exemple la valeur maximale de la tension redressée U3 est de 26 volts, lorsqu'on effectue 256 mesures élémentaires, la valeur de V3 maximale correspond à la pleine échelle d'un nombre sur deux octets, soit 256 X 256 = 65536. La précision de la mesure de U3 est dans ce cas égale à 26 / 65536, soit environ 0,397 millivolts. Cela signifie qu'un écart de 100 millivolts dans la tension U3 sera représenté par 100 / 0,397 soit 252 unités, ce qui permet de calculer avec précision le rapport cyclique du signal d'excitation. De plus, avec le procédé de l'invention, il n'est plus nécessaire d'effectuer un moyennage de la tension UB+, c'est à dire une somme des valeurs élémentaires mesurées puis une division par le nombre de mesures, avant de la comparer à la valeur souhaitée de la tension de sortie de l'alternateur, puisque la valeur de référence stockée en mémoire correspond déjà à ladite valeur souhaitée multipliée par le nombre de mesures. Le mode de réalisation a été décrit en utilisant un nombre N=256 de mesures mais on pourra naturellement effectuer moins de mesures si une moins grande précision est nécessaire. On pourra au contraire utiliser un nombre N supérieur à 256 mais dans ce cas, les variables V3 et Uref devront être stockées sur trois octets ou davantage. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile par le contrôle du courant d'excitation circulant dans l'inducteur dudit alternateur, ladite tension de sortie étant une tension redressée (UB+) issue du pont redresseur dudit alternateur, ledit courant d'excitation étant provoqué par un signal d'excitation dont chaque période T se décompose en une première alternance T durant laquelle une tension d'excitation est applIquée à l'inducteur et une deuxième alternance T2 pendant laquelle aucune tension d'excitation n'est appliquée à l'inducteur, caractérisé en ce qu'il consiste: - à effectuer un nombre N de mesures élémentaires successives de la tension redressée (UB+) définies sur un octet, - à additionner au fur et à mesure les N mesures élémentaires, la somme (VB) des N mesures élémentaires étant définie sur au moins deux octets, - à comparer la somme (V3) des N mesures élémentaires de la tension redressée (ut ) à une valeur de référence définie sur au moins deux octets, et - à déduire de cette comparaison les durées des alternances T1 et T2 de la période T suivante. 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence est égale à N fois la valeur souhaitée de la tension de sortie de l'alternateur. 3. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre N de mesures élémentaires de la tension redressée (ut+) effectuées successivement est compris entre 2 et 256. 4. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre N de me sures élémentaires de la tension redressée (U3+) effectuées successivement est égal à 256. 5. Procédé de régulation selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la somme (VB) des N mesures élémentaires de la tension redressée (UB+) est définie sur deux octets. 6. Procédé de régulation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la valeur de référence (Uref) est définie sur deux octets. 7. Dispositif de régulation de la tension de sortie d'un alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.