Brevet FR2830309A1 — publié le 20030404

La présente invention concerne un dispositif de correction analogique de la constante de couple d'un actionneur électrique, plus particulièrement utilisé dans les boîtes de vitesse robotisées. Dans une boîte de vitesse robotisée BVR,"l'actionneur d'engagement désigne l'actionneur qui déplace les fourchettes de la boîte pour décraboter le rapport engagé, synchroniser les arbres primaire et secondaire et craboter ainsi un nouveau rapport. Or l'opération de synchronisation est délicate et nécessite une grande maîtrise de l'effort transmis par l'actionneur afin de ménager les anneaux de synchronisation, et ainsi assurer leur longévité. Le cahier des charges d'un tel actionneur comporte des contraintes de précision sur la valeur de l'effort qu'il transmet, contraintes exigeantes avec une erreur maximale tolérée de + ou-10%. Actuellement, il existe des procédés de régulation de l'effort transmis par l'actionneur électrique qui n'utilisent pas de capteurs d'effort pour réduire le coût, et qui réalisent une simple mesure du courant rotorique de l'actionneur. En effet, le couple Cm transmis par l'actionneur est proportionnel au courant 1 circulant dans le rotor, selon l'équation suivante : dans laquelle c désigne la constante de couple du moteur. Par ailleurs, la force F transmise se déduit du couple Cm à partir de la démultiplication mécanique p, selon l'équation suivante : L'inconvénient de ces procédés réside dans la variation du paramètre Kc avec la température. Pour une différence de température de 100 C, dans un actionneur avec un aimant en ferrite, le paramètre Kc varie de 20%, et avec un aimant en terres rares il varie de 10%. Dans le cas d'une régulation de la force transmise par l'actionneur à partir d'une simple mesure du courant rotorique, il se produit une incertitude importante liée à la variation de la constante de couple du moteur avec la température. Une solution actuelle pour prendre en compte l'influence de la température, et respecter les contraintes de précision du cahier des charges imposé par le constructeur, consiste à utiliser une sonde de température placée dans ou à proximité du moteur et à envoyer l'information sur la température à un calculateur électronique qui va ajuster la constante de couple avec la température. La figure 1 est un schéma électronique d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur, comportant une sonde 1 de température à coefficient de température négatif, réalisant une mesure analogique. Cette information sur la température 0 est ensuite numérisée afin d'être traitée par un calculateur électronique, ce qui nécessite un convertisseur analogiquenumérique 2, qui est un composant relativement onéreux. Simultanément un capteur analogique 3 mesure le courant rotorique du moteur de l'actionneur, qui est aussi converti numériquement dans un convertisseur analogiquenumérique 4. Ces deux convertisseurs analogiques-numériques sont soit des composants discrets, soit intégrés dans un micro-contrôleur du calculateur pour transmettre des informations numériques à des moyens 6 de calcul de la constante Kc de couple du moteur, dépendant de la température, à des moyens 7 de calcul du couple moteur Cm à partir de la constante de couple et du courant (Cm= Kt), reliés à des moyens 8 de calcul de la force exercée par l'actionneur, qui est ensuite régulée dans des moyens 10 selon des consignes générées dans des moyens 9. Avec un tel dispositif de régulation, l'erreur totale sur la mesure de la température est estimée à +/-9.5%. Pour un moteur à aimant en ferrite dont la constante de couple Kc varie de +/-0.2 Nm/A/ C, l'erreur maximale en degrés Celsius étant commise à la température maximale de fonctionnement, soit 125 C, l'erreur totale sur la mesure de la température qui est de l'ordre de +/-9.5% est alors de 11. 9 C. Cette erreur engendre une erreur sur la constante de couple du moteur de : 0. 2Nm/A/ C*11. 9 C=2. 4%. En conclusion, la mesure de la température avec une précision égale à +/-9.5% entraîne une erreur sur la constante de couple du moteur de +/-2.4%, sans compter les dispersions magnétiques. Le but de la présente invention est de proposer une correction analogique en température de la constante de couple d'un actionneur électrique à aimants, qui permette de diminuer le nombre de composants pour réduire le coût global du dispositif, tout en assurant une bonne précision de cette constante. Pour cela, l'objet de l'invention est un dispositif de régulation de la force transmise par un actionneur d'engagement dans une boîte de vitesse robotisée, comportant un calculateur électronique, incluant un convertisseur analogique-numérique et comprenant des moyens de calcul numérique du couple moteur de l'actionneur à partir de la constante de couple et du courant circulant dans le rotor, des moyens de calcul de la force exercée par l'actionneur, associés à des moyens de régulation de cette force selon des consignes générées dans des moyens appropriés, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des premiers moyens de mesure analogique du courant rotorique combinés à des seconds moyens de calcul analogique du couple moteur normalisé, soit du couple moteur en fonction de la température du moteur divisé par la valeur de la constante de couple à 25 degrés Celsius, ladite valeur analogique du couple moteur normalisé étant ensuite numérisée dans le convertisseur analogique-digital avant d'être traitée dans le calculateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits seconds moyens de calcul analogique du couple moteur normalisé comprennent des moyens de multiplication du courant mesuré par un gain décroissant avec une augmentation de la température, et déterminé pour être sensiblement égal à la constante de couple normalisée, c'est-à-dire à la constante de couple du moteur en fonction de la température du moteur rapportée à sa valeur à 25 degrés Celsius. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit calculateur électronique comprend des moyens de calcul numérique du couple moteur, à partir du produit de la valeur numérique du couple moteur normalisé par la constante de couple à 25 degrés Celsius, reliés à des moyens de calcul de la force exercée par l'actionneur, qui est ensuite régulée dans des moyens selon des consignes générées dans des moyens appropriés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le signal de sortie des moyens de mesure analogique du courant dans le rotor de l'actionneur est envoyé dans un circuit amplificateur-inverseur de gain décroissant avec une augmentation de la température, obtenu par utilisation d'un capteur analogique de température à coefficient de température négatif, dont la résistance décroît avec la température, placé entre la sortie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui, outre la figure 1 déjà décrite, sont : - la figure 2 : le schéma électronique global d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur, selon l'invention ; - la figure 3 : l'évolution de la constante de couple normalisée d'un moteur électrique à aimants en fonction de la température ; - la figure 4 : le schéma électronique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur, selon l'invention ; - la figure 5 : l'évolution de la résistance d'un capteur à coefficient de température négatif en parallèle avec une résistance de linéarisation en fonction de la température ; - la figure 6 : le schéma électronique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur, selon l'invention. Comme le montre le schéma électronique global d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur, représenté sur la figure 2, ce dispositif comprend des moyens 20 de mesure analogique du courant 1 circulant dans le rotor de l'actionneur, combinés à des moyens 21 de calcul analogique du couple moteur normalisé de l'actionneur, c'est-à-dire le couple moteur Cm en fonction de la température 0 du moteur, qui est mesurée par des moyens 88, divisé par la valeur de la constante de couple du moteur KC25 à 25 degrés Celsius, qui est une donnée du constructeur. Ces moyens 21 réalisent un ajustement en température de la valeur analogique Kc de la constante de couple, et délivre une valeur analogique du couple moteur normalisé, qui est ensuite numérisée dans un convertisseur analogique-numérique 22, avant d'être traitée dans un calculateur électronique 23. Ledit calculateur comprend des moyens 24 de calcul numérique du couple moteur Cm, à partir du produit de la valeur numérique du couple moteur normalisé par la constante de couple K5 à 25 degrés Celsius, connectés à des moyens 25 de calcul de la force F exercée par l'actionneur, qui est ensuite régulée dans des moyens 26 selon des consignes générées dans des moyens 27 appropriés. Les moyens 21 de calcul analogique du couple normalisé de l'actionneur comprennent des moyens de multiplication du courant mesuré par un gain décroissant avec une augmentation de la température, et déterminé pour être sensiblement égal à la constante de couple Ke normalisée, c'est-à-dire à la constante de couple Ke en fonction de la température 8 du moteur rapportée à sa valeur Kc25 à 25 degrés Celsius, et pour varier en fonction de la température de la même façon que cette constante de couple normalisée qui décroît de façon quasi-linéaire entre-40 C et +125 C pour des aimants en ferrite ou en terres rares. Cette variation de KJKC25 en fonction de 8 est représentée sur la figure 3. Un premier mode de réalisation des moyens 21 de calcul analogique du couple normalisé Cm/Kc25 du moteur en fonction de la température 8 du moteur est représenté sur la figure 4. Les moyens de mesure analogique 20 du courant du rotor du moteur envoient leur signal de sortie, soit le courant 1 mesuré, sous la forme d'une tension dans un circuit amplificateur-inverseur 28. Ce circuit comprend un amplificateur 29 dont la borne d'entrée non inverseuse (e+) est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une première résistance R.,, dont la borne d'entrée inverseuse (e) reçoit le courant mesuré 1 à travers une deuxième résistance R2 et dont la borne de sortie (s) est rebouclée vers l'entrée inverseuse (e) par une résistance Retn à coefficient de température négatif en parallèle avec une résistance RL de linéarisation. Le gain G (O) de ce circuit amplificateur-inverseur 28 est égal à la résistance équivalente à la résistance Rein à coefficient de température négatif en parallèle avec la résistance RL de linéarisation divisée par la résistance R, soit : Ce gain G (8) dépend de la température 0 puisque la résistance ReIn à coefficient de température négatif varie en fonction de la température selon la relation suivante : le coefficient B et la valeur de la résistance Rein25 à coefficient de température négatif à 250C étant des données fournies par le constructeur du moteur. Ainsi, ce gain décroît avec la température et les valeurs des trois résistances RL, R2 et Rctn sont déterminées en fonction des aimants du moteur telles que le gain G (8) soit sensiblement égal à la constante de couple moteur Ke (8) à la température 8 rapportée à sa valeur Kc25 à 25 C : La résistance R1 est réglée en fonction des trois autres résistances telle que l'impédance des deux entrées non inverseuse (e+) et inverseuse (e-) de l'amplificateur soient égales pour diminuer l'erreur sur l'amplificateur. La figure 5 montre l'évolution de la résistance ReIn d'un capteur à coefficient de température négatif en parallèle avec la résistance RL de linéarisation en fonction de ! a température 6 : on constate que la résistance équivalente décroît, aussi l'invention consiste-t-elle à ajuster la pente de cette décroissance sur celle de la variation de la constante de couple du moteur électrique à aimants. Dans le schéma électronique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de régulation de la force transmise par l'actionneur selon l'invention, les moyens de mesure analogique du courant 1 du rotor du moteur sont combinés avec les moyens de calcul analogique du couple normalisé de l'actionneur. Pour cela, comme le montre la figure 6, ils sont réalisés par un circuit soustracteur 30 dont les deux entrées reçoivent les tensions E+ et E- présentes aux bornes d'un shunt, soit une résistance r, de faible valeur, servant à la mesure du courant dans le rotor de l'actionneur. L'entrée non inverseuse (e+) de l'amplificateur opérationnel 31 du montage soustracteur est reliée d'une part à une première résistance r1, dont l'autre borne est connectée à la borne de la résistance rs de shunt recevant la tension E+, et d'autre part à une première branche constituée d'une résistance r2 en série avec une résistance ReIn'd'un capteur à coefficient de température négatif montée en parallèle avec une résistance rL de linéarisation reliée à la masse. Son entrée inverseuse (e-) est reliée à une deuxième résistance r3 dont l'autre borne est connectée à la borne de la résistance rs de shunt recevant la tension E-, et sa sortie (s) est rebouclée vers l'entrée inverseuse (e) par une seconde branche constituée d'une résistance r4 reliée à une résistance ReIn'à coefficient de température négatif montée en parallèle avec une autre résistance rL de linéarisation. Le gain G (8) est une fonction des six résistances r,, r, rg, r, r et ReIn'du montage amplificateur, et donc dépend de la température 8 puisque la résistance ReIn'à coefficient de température négatif varie en fonction de la température de façon décroissante. Les valeur des résistances r1, r2, r3, r4 servent à fixer la valeur du gain G (8) à 250C autour de laquelle va fluctuer le gain. On peut par exemple choisir que les première r, et deuxième r3 résistances soient égales, de même pour les résistances r2 et r4 des deux branches, et le gain G (0) est alors égal à la relation suivante : Cette combinaison de la mesure du courant rotorique et de la correction en température a pour avantage de ne prendre en compte qu'une seule fois les erreurs sur l'amplificateur et les résistances, ce qui permet un gain en précision, en encombrement et en coût. Selon d'autres modes de réalisation du dispositif selon l'invention, le circuit amplificateur-inverseur peut être remplacé par tout autre montage multiplicateur analogique, tel qu'un circuit amplificateur non-inverseur, un soustracteur, un sommateur... Il est également possible de remplacer la mesure du courant par shunt par tout autre dispositif délivrant une sortie analogique, tel qu'un capteur à effet Hall, un capteur magnétorésistif... Grâce à la correction analogique en température de la constante de couple d'un moteur électrique à aimants, qui permet de supprimer un convertisseur analogique-numérique de la solution antérieure, l'invention permet une diminution du coût et offre un bon compromis précision/coût. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la force transmise par un actionneur d'engagement dans une boîte de vitesse robotisée, comportant un calculateur électronique (23), incluant un convertisseur analogique-numérique (22) et comprenant des moyens (24) de calcul numériques du couple moteur (Cm) de l'actionneur à partir de la constante de couple et du courant circulant dans le rotor, des moyens (25) de calcul de la force exercée par l'actionneur, qui est ensuite régulée dans des moyens (26) selon des consignes générées dans des moyens (27) appropriés, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des premiers moyens (20) de mesure analogique du courant (1) circulant dans le rotor de l'actionneur combinés à des seconds moyens (21) de calcul analogique du couple moteur normalisé de l'actionneur, soit le couple moteur (Cm) en fonction de la température (8) du moteur divisé par la valeur de la constante de couple (KC25) du moteur à 25 degrés Celsius, ladite valeur analogique du couple moteur normalisé étant ensuite numérisée dans le convertisseur analogique-digital (22) avant d'être traitée dans le calculateur (23). 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens (21) de calcul analogique du couple moteur normalisé comprennent des moyens de multiplication du courant mesuré par un gain décroissant avec une augmentation de la température, et déterminé pour être sensiblement égal à la constante de couple (Kc) normalisée, c'est-à-dire à la constante de couple (Kc) du moteur en fonction de la température (8) du moteur rapportée à sa valeur (Kc25) à 25 degrés Celsius. 3. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur électronique (23) comprend des moyens (24) de calcul numérique du couple moteur (Cm), à partir du produit de la valeur numérique du couple moteur normalisé par la constante de couple (KC25) à 25 degrés Celsius, reliés à des moyens (25) de calcul de la force exercée par l'actionneur, qui est ensuite régulée dans des moyens (26) selon des consignes générées dans des moyens (27) appropriés. 4. Dispositif de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal (1) de sortie des moyens (20) de mesure analogique du courant dans le rotor de l'actionneur est envoyé dans un circuit amplificateur-inverseur (28) de gain (G (8)) décroissant avec une augmentation de la température (8), obtenu par utilisation d'un capteur analogique de température à coefficient de température négatif, dont la résistance (ReIn) décroît avec la température, placé entre la sortie (s) et l'entrée inverseuse (e-) de l'amplificateur. 5. Dispositif de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit amplificateur-inverseur (28) comprend un amplificateur (29) dont la borne d'entrée non inverseuse (e+) est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une première résistance (R1), dont la borne d'entrée inverseuse (e) reçoit le courant mesuré (1) à travers une deuxième résistance (R2) et dont la borne de sortie (s) est rebouclée vers l'entrée inverseuse (e) par une résistance (rein) à coefficient de température négatif montée en parallèle avec une résistance (RL) de linéarisation, et en ce que le gain (G (8)) de ce circuit amplificateur-inverseur (28) décroît avec la température et est égal à la résistance équivalente à la résistance (Rctn) à coefficient de température négatif montée en parallèle avec la résistance (RL) divisée par la deuxième résistance (R2), soit : les valeurs des trois résistances (RL, R2 et ReIn) reliées à l'entrée inverseuse (e-) étant déterminées en fonction des aimants du moteur telles que le gain (G (8)) soit égal à la constante de couple moteur (Ke (O à la température (8) rapportée à sa valeur (Ks) à 25 C, la première résistance (R1) reliée à l'entrée non inverseuse (e+) étant réglée en fonction des trois autres résistances telle que l'impédance des deux entrées non inverseuse (e+) et inverseuse (e-) de l'amplificateur soient égales pour diminuer l'erreur sur l'amplificateur. 6. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure analogique du courant rotorique et le calcul du couple moteur normalisé de l'actionneur en fonction de la température sont combinés et réalisés par un circuit soustracteur (30), dont les deux entrées reçoivent les tensions (E+ et E-) présentes aux bornes d'une résistance (rj de shunt, servant à la mesure du courant rotorique, ledit circuit soustracteur (30) comprenant un amplificateur (31) dont l'entrée non inverseuse (e+) est reliée d'une part à une borne d'une première résistance (r1) dont l'autre borne est reliée à la tension (E+), et d'autre part à une première branche constituée d'une résistance (r2) en série avec une résistance (ReIn') d'un capteur à coefficient de température négatif montée en parallèle avec une résistance (rL) de linéarisation reliée à la masse, dont l'entrée inverseuse (e-) est reliée à une borne d'une deuxième résistance (r3) dont l'autre borne est connectée à la tension (E-), et dont la sortie (s) est rebouclée vers l'entrée inverseuse (e) par une seconde branche constituée par une résistance (r4) reliée à une résistance (Retn) à coefficient de , tn température négatif montée en parallèle avec une autre résistance (rL) de linéarisation. 7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gain (G (8)) du montage amplificateur (31) est une fonction des six résistances (r1, r2, r3, r4, rL et ReIn'), et varie en fonction de la température de façon décroissante par l'intermédiaire de la résistance (ReIn') à coefficient de température négatif, et en ce que la valeur des première (r1) et deuxième (r3) résistances recevant respectivement les tensions (E+) et (E-) du rotor du moteur, et des résistances des deux branches (r2, r4) reliées respectivement aux entrées non inverseuse (e+) et inverseuse (e-) sert à fixer la valeur du gain (G (8)) à la température de 250C autour de laquelle va fluctuer le gain en fonction de la température. 8. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les première (r1) et deuxième (r3) résistances recevant respectivement les tensions (E+) et (E-) du rotor du moteur sont égales, de même pour les résistances (r2 et r4) des deux branches, de sorte que le gain (G (8)) du montage amplificateur (31) est alors égal à la résistance équivalente à la branche reliant la sortie (s) de l'amplificateur à son entrée inverseuse (e-), divisée par la résistance (r1) reliant la tension (E-) du rotor à ladite entrée inverseuse (e-) selon la relation suivante :