Brevet FR2763627A1 — publié le 19981127

SERRURE ÉLECTRIQUE DE PORTIÈRE DE VÉHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN MOTEUR PIÉZO ÉLECTRIQUE. La présente invention concerne un ensemble constitué d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile associée à ses moyens de commande et d'alimentation, ladite serrure comportant un actionneur constitué par un moteur piézo-électrique. On sait que les moteurs piézo-électriques sont constitues essentiellement d'un stator plat, en céramique, susceptible de se déformer en fonction de signaux électriques d'excitation appliqués par plusieurs électrodes (voir notamment "Ultrasonic motors Constructions and applications" par R. Letty, F. Claeyssen, N. Lhermet et P. Wendling, Technical report, Cedrat Recherche Company, Septembre 1991). Un élément mobile plat est appliqué contre le stator : les déformations locales de la surface du stator engendrent un déplacement de l'élément mobile lorsqu'une forme d'onde convenable des signaux électriques est appliquée au stator en céramique. Un moteur piézo-électrique de ce type peut être linéaire ou rotatif. Dans le cas d'un moteur rotatif, le rotor est en forme de disque et il est monté sur un axe correspondant à l'axe géométrique du stator le stator peut être alimenté par deux courants déphasés l'un par rapport à l'autre. Si l'on prend un point du stator, I'un des courants génère un déplacement angulaire du point perpendiculairement à l'axe du stator, alors que l'autre courant génère un déplacement du point parallèlement à l'axe du stator, d'où il résulte un déplacement dudit point sur une ellipse. La composante de déformation parallèle à l'axe du stator permet d'assurer l'entraînement du rotor alors que l'autre composante de la déformation permet d'assurer le déplacement du rotor autour de son axe. L'intérêt de l'utilisation d'un moteur piézo-électrique du type ci-dessus défini provient du fait qu'un tel moteur a une inertie très faible, des temps de démarrage et d'arrêt très courts et un couple élevé au démarrage, ce qui permet de s'affranchir du réducteur à pignons habituel pour une serrure électromécanique de véhicule automobile et de gagner en encombrement. De plus, sa vitesse varie très peu en fonction du couple résistant tant que le couple limite n'est pas atteint. Par ailleurs, on a déjà décrit, notamment dans les demandes de brevet français 97-01213 et 97-01214, un ensemble constitué d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile associée à ses moyens de commande et d'alimentation, l'ouverture de ladite serrure étant assurée électriquement par la manoeuvre d'un actionneur alimenté par la batterie du véhicule, ladite serrure étant, en cas de dysfonctionnement de l'alimentation électrique fournie par la batterie, susceptible d'être ouverte grâce à l'alimentation électrique fournie par une pile de secours qui charge un condensateur, ledit condensateur étant susceptible de commander par sa décharge l'actionneur de la serrure. Dans cet ensemble, l'actionneur de la serrure électrique est un moteur à courant continu de type classique. On a déjà proposé également, par exemple dans US-A5 087 851, d'utiliser pour le verrouillage ou le déverrouillage d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile un moteur piézoélectrique. Une telle utilisation s'effectue en alimentant le moteur piézo-électrique par la batterie du véhicule. L'une des caractéristiques de l'alimentation requise pour un moteur piézo-électrique est d'utiliser des courants déphasés d'amplitude et de fréquence constantes ; si l'on ne respecte pas cet impératif, le fonctionnement du moteur piézoélectrique est gravement perturbé, voire empêché. Le générateur qui permet d'obtenir les courants déphasés nécessaires doit donc être alimenté par une tension constante. Dans les dispositifs de serrure électrique à alimentation de secours précités, on effectue une accumulation d'énergie que l'on restitue à un moteur à courant continu, l'inductance propre du moteur servant pour une régulation de tension à faible perte au cours du travail ce procédé ne peut être appliqué facilement dans le cas d'un moteur piézo-électrique, étant donné que la fréquence et l'amplitude des signaux sinusoïdaux déphasés d'alimentation doivent demeurer stables tout au long du travail. Par ailleurs, l'impédance d'un moteur piézoélectrique est capacitive, ce qui interdit toute génération des signaux sinusoïdaux par modulation de signaux carrés à haute fréquence sans utiliser au moins deux inductances de taille et de poids importants, ce qui est inenvisageable pour une serrure électrique de véhicule. La présente invention a pour but de décrire un ensemble constitué d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile associée à ses moyens de commande et d'alimentation, ledit ensemble mettant en oeuvre un actionneur constitué par un moteur piézoélectrique et permettant néanmoins d'assurer l'alimentation électrique de secours au moyen d'une pile de secours associée à un condensateur. Pour ce faire, selon l'invention, on réduit la puissance moyenne consommée par le moteur piézo-électrique sans diminuer le couple délivré ni le rendement, ce qui est impossible avec un moteur à courant continu de type classique ; on va donc diminuer la vitesse moyenne du moteur piézo-électrique pour diminuer la puissance moyenne à couple constant. Ce résultat peut être obtenu en utilisant les propriétés du moteur piézo-électrique au démarrage et à l'arrêt ; en effet, la très faible inertie d'un tel moteur permet de le faire fonctionner par courtes périodes, par exemple quelques millisecondes, en ne dégradant le rendement moyen que de très peu. Le courant électrique intermittent consommé par le générateur qui alimente le moteur piézo-électrique peut donc être délivré par un condensateur associé à la source de puissance limitée que constitue la pile de secours et choisi de façon que la diminution de sa tension soit suffisamment faible pendant chaque impulsion d'alimentation. La pile de secours à puissance limitée compense les courtes décharges par un courant quasi-continu proche du courant moyen consommé. De la sorte, le même travail est fourni dans un temps plus long que dans le cas normal de l'alimentation par la batterie du véhicule, mais l'allongement du temps de fonctionnement n'est pas gênant puisqu'il s'agit d'une fonction de secours. On a donc ainsi surmonté la difficulté qui empêchait l'homme de métier d'utiliser un moteur piézo-électrique dans une serrure électrique comportant une fonction de secours alimentée par une pile de puissance limitée. La présente invention a, en conséquence, pour objet un ensemble constitué d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile associée à ses moyens de commande et d'alimentation, l'ouverture de ladite serrure étant assurée électriquement par la manoeuvre d'un actionneur alimenté par la batterie du véhicule, ladite serrure étant, en cas de dysfonctionnement de l'alimentation électrique fournie par la batterie, susceptible d'être ouverte grâce à l'alimentation électrique fournie par une pile de secours qui charge un condensateur, ledit condensateur étant susceptible de commander par sa décharge l'actionneur de la serrure, caractérisé par le fait que ledit actionneur est un moteur piézo-électrique, dont l'alimentation à partir de la pile de secours est un courant haché avec une fréquence et un rapport cyclique permettant, pendant chaque impulsion du courant, de limiter la variation de la tension U fournie par le condensateur afin de maintenir à une valeur convenable le rendement du moteur piézo-électrique. Dans un mode préféré de réalisation, le moteur piézoélectrique est accouplé à un organe élastique absorbant les à-coups dûs à la commande discontinue du moteur. Dans une première variante de réalisation, le hachage du courant d'alimentation du moteur piézo-électrique s'effectue à une fréquence fixe suffisamment haute pour éviter une déformation excessive de l'organe élastique, mais suffisamment basse pour éviter une réduction significative du rendement du moteur piézo-électrique en raison des glissements pendant les phases d'accélération et de décélération du rotor ; le hachage du courant peut s'effectuer à une fréquence comprise entre 50 et 100 hertz environ. Selon une seconde variante de réalisation, le hachage du courant d'alimentation du moteur piézo-électrique est déterminé par le maintien de la tension U fournie par le condensateur entre deux seuils aUO et ssUo, Ug étant la tension à vide fournie par la pile de secours, avec a L'ensemble selon l'invention peut inclure un circuit comportant: - un élément interrupteur recevant une information d'une commande d'ouverture, ledit élément interrupteur étant alimenté par le condensateur associé à la pile de secours ou par la batterie, et - un générateur de plusieurs courants déphasés alimenté par ledit élément interrupteur, lesdits courants déphasés étant utilisés pour alimenter le moteur piézo-électrique. De préférence, l'élément interrupteur comporte en sortie un transistor à effet de champ. Dans la première variante de l'invention, l'élément interrupteur peut avantageusement recevoir un signal d'un détecteur de batterie en cas de disparition de la tension de batterie, ce signal autorisant l'alimentation de la grille de son transistor à effet de champ par un signal en créneaux généré par un trigger à la fréquence fixe choisie. Dans la seconde variante de réalisation de l'invention, l'alimentation de l'élément interrupteur peut être envoyée sur un trigger, qui compare la tension U reçue à un seuil bas aUg et un seuil haut ssUo, la tension U étant fournie en sortie sur la grille du transistor à effet de champ si crUO Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement la réalisation, selon une première variante de l'invention, d'un circuit d'alimentation de moteur piézo-électrique utilisé dans une serrure électrique de portière de véhicule - la figure 2 représente schématiquement un circuit correspondant à un second mode de réalisation de l'invention pour l'alimentation d'un moteur piézo-électrique de serrure électrique de véhicule automobile; - la figure 3 représente au cours du temps le déplacement angulaire 8 du rotor du moteur piézo-électrique figurant dans les réalisations des figures 1 ou 2 ainsi que les vitesses angulaires et les accélérations angulaires correspondantes; - la figure 4 représente les signaux en divers points du circuit représenté sur la figure 2. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 la batterie du véhicule automobile sur lequel est utilisé l'ensemble selon l'invention. Cet ensemble comporte une serrure électrique de portière, qui est commandée par un moteur piézo-électrique rotatif 2. Le moteur 2 est alimenté par deux courants sinusoïdaux déphasés de 90 , lesdits courants étant fournis par un générateur 3, qui comprend un étage de sortie constitué par des transformateurs permettant d'obtenir des tensions de sortie relativement élevées d'environ 100 volts. La serrure électrique de cet ensemble comporte une fonction de secours qui permet d'entraîner le moteur 2 lorsqu'il y a dysfonctionnement de la batterie 1 ; pour cela, la serrure électrique comporte une pile de secours 4 aux bornes de laquelle est disposé un condensateur 5 ; les bornes négatives de la batterie et de la pile de secours sont à la masse. A la sortie de la batterie, on a mis en place un détecteur de batterie 6, qui peut envoyer un signal sur sa sortie 6a lorsqu'il y a dysfonctionnement de la batterie. La tension de batterie est envoyée sur la sortie 6b du détecteur 6. La borne positive du condensateur 5 et la sortie 6b sont reliées à un point commun 7 chacun par une diode. L'élément interrupteur désigné par 8 dans son ensemble est interposé entre le point 7 du circuit et le générateur 3. L'interrupteur 8 est relié à une commande d'ouverture 9 qui permet à l'utilisateur de déclencher l'ouverture de la serrure quand il le désire en mettant la sortie de la commande 9 à un niveau 1, alors qu'en l'absence de commande cette sortie est à un niveau 0. L'élément interrupteur 8 comporte un trigger inverseur 10, qui génère sur sa sortie un signal en créneaux dont la fréquence et le rapport cyclique sont déterminés par les composants (résistances et condensateur) associés au trigger. Ce signal en créneaux est envoyé sur l'entrée 1 1 d'une porte "OU" 12, dont l'autre entrée 13 est reliée à la borne 6a du détecteur 6. La sortie de la porte 12 est reliée à l'entrée 14 d'une porte "NON ET" 15, dont l'autre entrée 16 est reliée à la sortie de la commande d'ouverture 9. La sortie de la porte 15 est reliée à la grille d'un transistor MOS du type "canal P" désigné par 17, la source du transistor 17 étant reliée au point 7 et son drain étant relié au générateur 3. Le fonctionnement du dispositif, qui vient d'être décrit est le suivant : si la batterie est en état de fonctionnement normal, le détecteur 6 fournit sur sa borne 6a une tension de niveau 1. Il en résulte que la sortie de la porte 12 est au niveau 1. Si la sortie de la commande d'ouverture 9 est à un niveau 1, la sortie de la porte 15 est à un niveau 0 et le transistor 17 est passant, ce qui assure l'alimentation du moteur 2. Si, au contraire, la sortie de la commande d'ouverture 9 est à un niveau 0, la sortie de la porte 15 est à un niveau 1 et le moteur 2 n'est plus alimenté. S'il y a dysfonctionnement de la batterie 1, le détecteur 6 fait passer sa sortie 6a au niveau 0, d'où il résulte que la sortie de la porte 12 reproduit les créneaux de tension, qui sont fournis sur l'entrée 11 par le trigger 10. Si la sortie de la commande d'ouverture 9 est au niveau 0, la sortie de la porte 15 est également au niveau 0: le transistor 17 est bloqué et le moteur 2 n'est pas alimenté. Au contraire, la sortie de la commande d'ouverture 9 est au niveau 1, la sortie de la porte 15 reproduira, à l'état inversé, le signal qui est fourni sur l'entrée 14 ; dans ce cas, le transistor 17 fournira sur sa sortie un courant en créneaux qui aura la fréquence et le rapport cyclique du signal en créneaux reçu par sa grille, ledit courant provenant alors de la décharge du condensateur 5 puisque la batterie 1 est en dysfonctionnement. Si l'on choisit une fréquence comprise entre 50 et 100 hertz, et un condensateur ayant une valeur de 4 700 pF, on constate que, pendant chaque impulsion qui alimente le générateur 3, la tension aux bornes du condensateur 5 n'a pas le temps de varier de façon suffisante pour que cela crée une perturbation dans le fonctionnement du générateur 3, d'où il résulte que le moteur piézoélectrique 2 fonctionne avec un rendement satisfaisant, sa vitesse de rotation moyenne étant fonction du rapport cyclique du courant haché. En d'autres termes, le couple fourni par le moteur 2 est le même qu'en cas d'alimentation continue, mais la vitesse de rotation moyenne est plus faible, ce qui permet de réduire la puissance consommée à une valeur compatible avec celle qui est supportable par la pile de secours 4. On a représenté sur la figure 3 le déplacement angulaire 8 du rotor du moteur 2 au cours du temps. La droite DO représente sur ce graphique la vitesse que l'on aurait obtenue avec une alimentation continue du moteur 2 et la droite D1 représente le déplacement moyen avec une alimentation en courant haché. Sur la deuxième ligne du graphique de la figure 3, on a représenté les vitesses angulaires O' correspondantes et sur la troisième ligne du graphique les accélérations angulaires O" correspondantes : on voit qu'à chaque démarrage et à chaque arrêt du rotor, il y a des accélérations et des décélérations pouvant engendrer des couples transmis élevés à cause de l'inertie des pièces mises en mouvement. Cependant, si on insère une transmission présentant une élasticité appropriée, le couple transmis est stabilisé et l'usure est compatible avec une fiabilité convenable de la serrure électrique. Sur la figure 2, on a représenté un autre mode de réalisation de l'ensemble selon l'invention. Dans cette réalisation, on retrouve un certain nombre d'éléments strictement identiques à ceux de la première réalisation, à savoir, une batterie de véhicule 101, une pile de secours 104, un condensateur 105, un moteur piézo-électrique 102, un générateur d'alimentation 103 destiné audit moteur et, enfin, une commande d'ouverture 109 ; on a utilisé pour désigner ces éléments communs les mêmes références que pour la réalisation précédemment décrite, augmentées de 100. Les sorties de la batterie 101 et de la pile 104 sont reliées chacune par une diode au point 107 du circuit. La différence essentielle entre ce mode de réalisation et celui de la figure 1 provient de la constitution de l'interrupteur 108 qui y est utilisé. En effet, I'interrupteur 108 comporte un trigger 120, qui compare la tension U fournie par le point 107 du circuit à deux seuils crUO et PUO, Ug représentant la tension à vide de la pile 104 et OL et ss étant des coefficients numériques, tels que a Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : si la tension au point 107 est supérieure à PU0, la tension sur l'entrée 114 est au niveau 1 ; si l'on agit sur la commande d'ouverture 109, la tension fournie sur l'entrée 116 est au niveau 1 et, par conséquent, la tension fournie à la sortie de la porte 115 est telle que le transistor 117 soit passant, ce qui permet d'alimenter le générateur 103 et le moteur 102. Si la tension au point 107 est inférieure au seuil aU0, la tension de sortie du trigger 120 est au niveau 0 et la sortie de la porte 115 bascule de sorte que le transistor 117 soit bloqué et le moteur 102 n'est pas alimenté. On voit donc que, si la sortie de la commande 109 est au niveau 1, c'est-à-dire quand l'on veut ouvrir la serrure en mode de secours, le transistor 117 reste passant au cours de la décharge du condensateur 105 jusqu'à ce que l'on atteigne le seuil inférieur aUO, puis il se bloque jusqu'à ce que la tension au point 107, c'est-à-dire aux bornes du condensateur 105, remonte au niveau PUO en raison de la charge du condensateur 105 réalisée par la pile de secours 104. Le transistor 117 est donc piloté par un courant haché et le générateur 103 est alimenté également par un courant haché. Ce mode de réalisation permet de faire tourner le moteur 102 aussi rapidement que possible sans pour cela que la tension de la pile 104 ne chute brutalement en raison de la fourniture d'une puissance excessive. De plus, on tient compte de la variation de l'impédance interne de la pile 104, car le condensateur 105 se charge plus lentement au fur et à mesure de la décharge de la pile en raison de l'augmentation de l'impédance interne de ladite pile. On peut donc ainsi optimiser l'alimentation du moteur 102. Sur la figure 4, on a représenté les signaux en différents points du circuit de la figure 2 : sur la première ligne, on voit la variation de la tension 107 aux bornes du condensateur en fonction du temps t ; sur la deuxième ligne, on voit le niveau de tension V1 16 sur l'entrée 116 lorsqu'une commande d'ouverture est réalisée au temps to ; sur la troisième ligne, on voit le niveau de tension V1l4 sur l'entrée 114 ; sur la quatrième ligne, on voit le niveau de tension V1 17 sur la grille du transistor 117 ; et enfin, sur la cinquième ligne, on voit la tension V103 sur l'alimentation du générateur 103, U étant la tension au point 107. REVENDICATIONS 1 - Ensemble constitué d'une serrure électrique de portière de véhicule automobile associée à ses moyens de commande et d'alimentation, l'ouverture de ladite serrure étant assurée électriquement par la manoeuvre d'un actionneur (2, 102) alimenté par la batterie (1, 101) du véhicule, ladite serrure étant, en cas de dysfonctionnement de l'alimentation électrique fournie par ladite batterie (1, 101), susceptible d'être ouverte grâce à l'alimentation électrique fournie par une pile (4, 104) de secours qui charge un condensateur (5, 105), ledit condensateur (5, 105) étant susceptible de commander par sa décharge l'actionneur (2, 102) de la serrure, caractérisé par le fait que ledit actionneur est un moteur piézoélectrique (2, 102), dont l'alimentation à partir de la pile (4, 104) de secours est un courant haché avec une fréquence et un rapport cyclique permettant, pendant chaque impulsion du courant, de limiter la variation de la tension U fournie par le condensateur (5, 105), afin de maintenir à une valeur convenable le rendement du moteur piézoélectrique (2, 102). 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur piézo-électrique (2, 102) est accouplé à un organe élastique absorbant les à-coups dûs à la commande discontinue dudit moteur. 3 - Ensemble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le hachage du courant d'alimentation du moteur piézoélectrique (2) s'effectue à une fréquence fixe suffisamment haute pour éviter une déformation excessive de l'organe élastique, mais suffisamment basse pour éviter une réduction significative du rendement du moteur piézo-électrique (2) en raison des glissements pendant les phases d'accélération et de décélération du rotor. 4 - Ensemble selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le hachage du courant s'effectue à une fréquence comprise entre 50 et 100 hertz environ. S - Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le hachage du courant d'alimentation du moteur piézo-électrique (102) est déterminé par le maintien de la tension U fournie par le condensateur (105) entre deux seuils ctUo et PUO, UO étant la tension à vide fournie par la pile (104) de secours, avec a 6 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il inclut un circuit comportant - un élément interrupteur (8, 108) recevant une information d'une commande d'ouverture (9, 109), ledit élément interrupteur (8, 108) étant alimenté par le condensateur (5, 105) associé à la pile (4, 104) de secours ou par la batterie (1, 101), et - un générateur (3, 103) de plusieurs courants déphasés alimentés par ledit élément interrupteur (8, 108), lesdits courants déphasés étant utilisés pour alimenter le moteur piézo-électrique (2, 102). 7 - Ensemble selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit élément interrupteur (8, 108) comporte en sortie un transistor à effet de champ (17, 117). 8 - Ensemble selon les revendications 3 et 7 prises simultanément, caractérisé par le fait que l'élément interrupteur (8) reçoit un signal d'un détecteur (6) de batterie en cas de disparition de la tension de batterie, ce signal autorisant l'alimentation de la grille de son transistor (17) à effet de champ par un signal en créneaux généré par un trigger (10) à la fréquence fixe choisie. 9 - Ensemble selon les revendications 5 et 7 prises simultanément, caractérisé par le fait que l'alimentation de l'élément interrupteur (108) est envoyée sur un trigger (120) qui compare la tension U reçue à un seuil bas aUO et à un seuil haut PUO, la tension U étant fournie en sortie sur la grille du transistor (117) à effet de champ si aUO