Brevet FR2766991A1 — publié le 19990205

La présente invention concerne un procédé de régulation du courant d'excitation d'un alternateur de véhicule automobile par traitement numérique et un dispositif 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 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 etre régulée de manière à rester 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'alternateur présente ainsi une ondulation de régulation à l'image du courant d'excitation, cette ondulation étant de période T, comprenant une première alternance T1 pendant laquelle la tension de la batterie du véhicule est appliquée à l'inducteur ce qui permet d'augmenter le courant circulant dans l'inducteur, et une deuxième alternance 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/(T1+T2) est appelé rapport cyclique. Il est connu d'utiliser des techniques numériques pour effectuer la régulation. Le brevet européen nO EP-A-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, puis la valeur numérique de la tension mesurée est comparée à une valeur de référence et on déduit de cette comparaison la valeur des alternances T1 et T2 de la période suivante en modifiant le rapport cyclique d'une valeur directement proportionnelle à la différence entre la tension de sortie mesurée et la tension de référence. Un problème se pose dans le choix de la valeur qui modifie le rapport cyclique. En effet, si la durée du créneau d'excitation T1 est faible et qu'une augmentation brutale de la charge appliquée à l'alternateur survient, il est souhaitable, pour assurer une réaction rapide du système, d'augmenter rapidement la durée du créneau T1 d'excitation et donc d'avoir une valeur de modification du rapport cyclique importante. Ceci nécessite de multiplier la différence entre la tension mesurée et la tension de référence par un facteur correctif élevé. Par contre, dans ce cas, la moindre variation entre la tension mesurée et la tension de référence sera répercutée de manière brutale sur le créneau d'excitation et la régulation ne sera pas stable. Il a déjà été proposé par la demanderesse dans sa demande de brevet français FR 96 04856 un procédé de régulation permettant une réaction rapide du système de régulation tout en assurant une régulation stable. Il est toutefois souhaitable d'éviter les augmentations brutales du couple appliqué au moteur par l'alternateur. A cet effet, l'invention propose quant à elle un procédé de régulation du courant d'excitation d'un inducteur d'alternateur pour véhicule automobile, ledit alternateur comprenant notamment un pont redresseur délivrant une tension de sortie 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 appliquée à l'inducteur, dans lequel - on mesure la tension redressée par échantillonnage, c'est-à-dire en effectuant des mesures successives et rapprochées, et - dans un mode de traitement dit de régulation normale, on déduit de cette mesure une première valeur numérique correspondant à la différence entre la valeur mesurée de la tension redressée et une valeur de référence calculée, une deuxième valeur numérique, appelée excitation en boucle fermée, qui est calculée, à chaque période T, en ajoutant à la valeur d'excitation en boucle fermée de la période précédente la première valeur numérique à laquelle on applique un premier facteur correctif, une troisième valeur numérique, appelée excitation en boucle ouverte, qui est calculée, à chaque période T, en ajoutant à la valeur d'excitation en boucle fermée précédemment calculée, lors de la même période T, la première valeur numérique à laquelle on applique un deuxième facteur correctif, cette troisième valeur numérique déterminant le temps T1 pendant lequel on applique la tension de la batterie à l'inducteur (4), caractérisé en ce qu'à chaque période T, on traite la mesure de la tension redressée pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur et en ce que lorsqu'une telle charge est détectée, on déclenche à la place du traitement de régulation normale un traitement de régulation progressive selon lequel on donne à la valeur d'excitation en boucle ouverte une valeur égale à la somme de la valeur d'excitation en boucle ouverte de la période précédente et d'un paramètre de charge progressive. Avec un tel procédé, il y a déclenchement d'une régulation de charge progressive lorsque des charges importantes apparaissent sur le circuit alimenté par l'alternateur. On évite ainsi des sauts d'excitation trop brutaux. Dans un mode de mise en oeuvre préférentiel, pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur, on détermine la première valeur numérique pour chaque période T, on compare cette valeur numérique à une valeur d'un paramètre seuil et on déclenche la régulation progressive lorsque cette valeur numérique est supérieure à la valeur dudit paramètre seuil. Dans un autre mode de mise en oeuvre préférentiel, pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur, on détermine la valeur d'excitation en boucle fermée de chaque période T, on compare, pour chaque période T, la différence entre la valeur d'excitation en boucle fermée de cette période et celle de la période précédente, à une valeur d'un paramètre seuil et on déclenche la régulation progressive lorsque cette différence est supérieure audit paramètre seuil. Avantageusement, le paramètre de charge progressive est une fonction de paramètres de fonctionnement de l'alternateur ou du véhicule. Notamment, le paramètre de charge progressive est une fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. Par exemple, le paramètre de charge progressive est une fonction décroissante de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. Avantageusement encore, un paramètre seuil est une fonction de paramètres de fonctionnement de l'alternateur ou du véhicule. Notamment, le paramètre seuil est une fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. Par exemple, le paramètre seuil est une fonction décroissante de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. L'invention propose également un dispositif régulateur du courant d'excitation d'un alternateur, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante en se référant aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif régulateur selon l'invention - la figure 2 représente des diagrammes temporels de plusieurs signaux illustrant le procédé de l'invention - les figures 3 et 4 sont des organigrammes 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 4 d'être alimenté par la batterie du véhicule. une diode 6 assure une recirculation du courant dans l'inducteur 4 pendant les phases où l'inducteur 4 n'est plus alimenté par la batterie. 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 régulation - une interface d'entrée et de sortie 9 du microprocesseur - un convertisseur analogique/numérique 10 qui transforme la tension UB+ redressée 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. Chaque interruption a une durée négligeable par rapport à la durée des autres opérations effectuées par le programme du microprocesseur 8. A la figure 2A, on a représenté la tension à réguler UB+ telle qu'elle apparaît en sortie de l'alternateur 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 ondulation se superpose une ondulation 21, de fréquence beaucoup moins élevée, qui varie en amplitude en fonction des variations du courant d'excitation dans l'inducteur. La valeur moyenne de la tension Ug+ 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 T1 et T2. Pendant l'alternance T1, 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 tension d'excitation n'est appliquée à l'inducteur, ce qui se traduit par un niveau zéro sur la figure 2C et fait décroître la tension UB+ (figure 2A). Le rapport cyclique T1/(T1+T2) peut en théorie varier de 0 à 100 % suivant les besoins des circuits utilisateurs et suivant l'état de charge de la batterie. Ce rapport cyclique, ou plus exactement la durée de l'alternance T1, est calculé en utilisant deux variables : une variable dite d'excitation en boucle fermée EXF et une variable dite d'excitation en boucle ouverte EXO. Sur la figure 2C, on peut voir que la variable EXO est celle qui détermine la valeur de l'alternance T1, c'est-à-dire la durée pendant laquelle une tension d'excitation est appliquée à l'inducteur. Cette variable évolue rapidement d'une période à l'autre. La seconde variable EXF est utilisée, comme on le verra dans la suite de la description, en tant qu'intermédiaire de calcul et elle évolue beaucoup moins rapidement dans le temps, ce qui garantit une bonne stabilité de la régulation. La figure 2B représente des créneaux Te qui correspondent à la durée pendant laquelle on effectue une mesure de la tension UB+, par échantillonnage, au cours de chaque période T. Cette mesure par échantillonnage de 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 , très court, avant la fin de la période T et elle est égale à une demi-période T. 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 de régulation. 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, déclenche 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 temporisation provoque une interruption I2 qui fait basculer l'excitation à zéro pendant toute la durée T2. Dans la suite de la description, le fonctionnement du procédé de régulation de l'invention sera décrit en se reportant aux organigrammes des figures 3 et 4 qui illustrent deux exemples de programme principal possibles pour ledit procédé. Les programmes illustrés sur ces figures sont mis en oeuvre par le microcontrôleur 13. 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 mémorisation 31 des valeurs prédéterminées de la température fla et de la tension correspondante Uref(0a). Ces valeurs de référence sont calculées de la façon qui est décrite dans la demande de brevet français de la demanderesse FR 96 04856. Pour décrire en détail ce programme, on suppose se trouver à l'instant tl au moment où l'interruption I vient d'être provoquée déclenchant l'apparition d'un créneau d'excitation d'une durée T1. L'indicateur d'échantillonnage ayant été positionné 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 ou déclenchée par une interruption et qui est inférieure à T - T/2 E. Puis l'indicateur d'échantillonnage est positionné sur OUI en 35. Il est à noter que l'attente 34 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 32 de l'indicateur d'échantillonnage, c'est sa sortie 36 qui est choisie et les opérations suivantes sont alors effectuées - en 37, on effectue une mesure de la température O en utilisant les informations délivrées par le capteur de température 11 au convertisseur analogique/numérique 10 - en 38, on calcule la valeur de référence de la tension Ure(0) en fonction de la température O qui a été mesurée - lorsqu'une durée T - T/2 - s'est écoulée depuis l'instant t1, la mesure de la tension UB+ est déclenchée en 39 et elle s'effectue pendant toute la durée Te par échantillonnage, c'est-à-dire qu'on effectue N mesures successives de UB+ qui sont additionnées et mémorisées par le microprocesseur 8 sous forme d'un nombre de deux octets. En variante, les opérations de mesure de la température O (étape 37) et de calcul de la valeur de référence Uref(O) (étape 38) peuvent être effectuées à l'étape 34. A la fin de la durée Te, et pendant le temps E, on procède au calcul des variables EXF et EXO qui permettent de définir le rapport cyclique de la période suivante - en 40, la différence entre la valeur de la tension UB+ mesurée et la valeur de référence Ures(0) est mémorisée dans une variable DIFF - en 40a, on compare la valeur de la variable DIFF à une valeur préprogrammée d'un paramètre E, * si la valeur de la variable DIFF est inférieure à E, on met en oeuvre les étapes suivantes qui correspondent à une régulation normale - on effectue en 41 le calcul de la variable d'excitation en boucle fermée EXF1 en fonction de la variable EXFO calculée à la période précédente ; pour cela, on multiplie la valeur mémorisée dans la variable DIFF par un coefficient A et on ajoute le résultat de ce calcul à la variable EXFO pour obtenir EXF1 - ensuite, en 42, on effectue un test pour vérifier si la variable EXF1 qui vient d'être calculée est égale ou non à la durée de la période T - si EXF1 est égale à T, alors la sortie 44 du test 42 est choisie et, en 45, on affecte à la variable d'excitation en boucle ouverte EXO1 la valeur de EXF1 précédemment calculée, c'est-à-dire la valeur de la période T - si par contre le résultat du test 42 est négatif, alors la sortie 43 du test est choisie et, en 46, on effectue le calcul de la variable d'excitation en boucle ouverte EXO1 en additionnant à la valeur de EXF1 calculée précédemment la valeur de la variable DIFF multipliée par un coefficient B, supérieur au coefficient A * si par contre la valeur variable DIFF est supérieure à E, on met en oeuvre une régulation progressive qui consiste (figure 2E)) - à affecter, en 48, à la variable d'excitation en boucle ouverte EXO1 la somme de la valeur EXOo calculée à la période précédente pour cette variable et d'un paramètre t préalablement programmé, et à affecter à la variable d'excitation en boucle fermée EXF1 la nouvelle valeur calculée pour EXO1, - puis à retourner en 47 pour basculer l'indicateur d'échantillonnage sur NON avant de retourner au test 32. Les coefficients A et B sont des nombres, stockés en mémoire, qui ont été préalablement déterminés en effectuant des essais comparatifs. Par exemple, A = 2 et B = 4. La valeur de EXO1, dont le calcul vient d'être décrit, définit la durée du créneau d'excitation qui sera appliquée à la période immédiatement suivante, dès l'instant t2 (en se référant à la figure 2). L'utilisation dans le mode de régulation normale des deux variables EXF et EXO calculées différemment, permet d'augmenter le créneau d'excitation d'une manière importante quand cela est nécessaire (augmentation de la charge appliquée à l'alternateur) grâce à la variable EXO, tout en conservant une stabilité grâce à la variable EXF qui évolue d'une manière moins importante d'une période à l'autre et qui sert toujours de base de calcul à la variable EXO. Le paramètre E est un paramètre seuil qui règle la sensibilité du déclenchement de la régulation progressive. Lorsque la variable DIFF prend une valeur supérieure à la valeur de ce paramètre E, c'est-à-dire lorsqu'il y a apparition d'une charge importante sur le réseau de bord et donc une chute de la tension UB+, il y a déclenchement du mode de régulation progressif. Ce paramètre E est en particulier programmé en fonction de l'alternateur, de paramètres de fonctionnement de l'alternateur et/ou du véhicule. Par exemple, ce paramètre E est croissant en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. Le paramètre t est également préprogrammé et fixe quant à lui la durée de la charge progressive. Par exemple, pour une durée de charge progressive de 5 secondes permettant de faire passer de 0 à 100 % d'excitation et une période de régulation de 16 millisecondes, t est choisi égal à 51 microsecondes (c'est-à-dire à la période de régulation divisée par le nombre de périodes de régulation pendant la durée de charge). La valeur de t est fonction du type d'alternateur et de paramètres de fonctionnement de l'alternateur et/ou du véhicule. il peut notamment être fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. Par exemple, t est programmé pour prendre une valeur tl pour une vitesse de rotation de N1, et pour prendre la valeur t2 > tl pour une vitesse de rotation de 2.N1 ou la valeur t3 > t2 pour une vitesse de rotation de 4.N1. Un autre mode de mise en oeuvre du procédé proposé par l'invention est illustré par l'organigramme de la figure 4. Dans cet organigramme, les étapes de traitement 30 à 40 sont identiques à celles décrites en référence à la figure 3. A l'issue du calcul de la valeur DIFF en 40, on effectue en 41a le calcul de la variable d'excitation en boucle fermée EXF1 en fonction de la variable EXFo calculée à la période précédente ; pour cela, on multiplie la valeur mémorisée dans la variable DIFF par un coefficient A et on ajoute le résultat de ce calcul à la variable EXFo pour obtenir EXF1. Puis, en 41b, on compare la valeur différentielle (EXF1-EXFo) entre les deux dernières valeurs de la variable d'excitation en boucle fermée EXF1 et EXFo à une valeur seuil E1. Si cette valeur différentielle est inférieure à cette valeur seuil E1, on met en oeuvre le traitement des étapes 42 à 47. Sinon, on met en oeuvre le traitement de l'étape 48, puis celui de l'étape 47. Comme on l'aura compris, le test 41b sur les valeurs de EXF permet d'accéder à une information équivalente à celle que permet d'obtenir le test 40a et de détecter l'instant à partir duquel il convient de lancer la charge progressive. La valeur seuil E1 est un paramètre préprogrammé, qui est fonction du type d'alternateur et de paramètres de fonctionnement de l'alternateur et/ou du véhicule. Par exemple, cette valeur seuil E1 est fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation du courant d'excitation d'un inducteur (4) d'alternateur pour véhicule automobile, ledit alternateur comprenant notamment un pont redresseur (5) délivrant une tension de sortie redressée (UB+) à réguler, la tension redressée (UB+) 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 appliquée à l'inducteur, dans lequel - on mesure la tension redressée (UB+) par échantillonnage, c'est-à-dire en effectuant des mesures successives et rapprochées, et - dans un mode de traitement dit de régulation normale, on déduit de cette mesure une première valeur numérique (DIFF) correspondant à la différence entre la valeur mesurée de la tension redressée (UB+) et une valeur de référence calculée (Uref), une deuxième valeur numérique (EXF), appelée excitation en boucle fermée, qui est calculée, à chaque période T, en ajoutant à la valeur d'excitation en boucle fermée de la période précédente la première valeur numérique (DIFF) à laquelle on applique un premier facteur correctif (A), une troisième valeur numérique (EXO), appelée excitation en boucle ouverte, qui est calculée, à chaque période T, en ajoutant à la valeur d'excitation en boucle fermée précédemment calculée, lors de la même période T, la première valeur numérique (DIFF) à laquelle on applique un deuxième facteur correctif (B), cette troisième valeur numérique déterminant le temps T1 pendant lequel on applique la tension de la batterie à l'inducteur (4), caractérisé en ce qu'à chaque période T, on traite la mesure de la tension redressée (UB+) pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur et en ce que lorsqu'une telle charge est détectée, on déclenche à la place du traitement de régulation normale un traitement de régulation progressive selon lequel on donne à la valeur d'excitation en boucle ouverte (EXO) une valeur égale à la somme de la valeur d'excitation en boucle ouverte de la période précédente et d'un paramètre (t) de charge progressive. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur, on détermine la première valeur numérique (DIFF) pour chaque période T, on compare cette valeur numérique (DIFF) à une valeur d'un paramètre seuil (E) et on déclenche la régulation progressive lorsque cette valeur numérique est supérieure à la valeur dudit paramètre seuil (E). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour détecter l'apparition d'une charge importante en sortie de l'alternateur, on détermine la valeur d'excitation en boucle fermée (EXF) de chaque période T, on compare, pour chaque période T, la différence (EXF1-EXFO) entre la valeur d'excitation en boucle fermée de cette période et celle de la période précédente, à une valeur d'un paramètre seuil (El) et on déclenche la régulation progressive lorsque cette différence est supérieure audit paramètre seuil (El). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre (t) de charge progressive est une fonction de l'alternateur et/ou de paramètres de fonctionnement de l'alternateur et/ou du véhicule. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le paramètre (t) de charge progressive est une fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre (t) de charge progressive est une fonction croissante de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'un paramètre seuil (E, El) est une fonction de l'alternateur et/ou de paramètres de fonctionnement de l'alternateur et/ou du véhicule. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le paramètre seuil (E, El) est une fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre seuil (E, El) est une fonction croissante de la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur. 10. 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 précédentes,