Brevet FR2835663A1 — publié le 20030808

104276/INGINI/BD F:\Salle\F1 04276\PREM DEP\TEXrE\104276Texte_déposé.doc La présente invention concerne un dispositif de régulation de la puissance fournie par un générateur, notamment à un réseau élec trique embarqué d'un véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé pour la mise en s _uvre d'un tel dispositif. Art antérieur Les réseaux électriques embarqués dans les véhicules au tomobiles sont habituellement alimentés par une batterie et par un géné rateur (alternateur). Un réseau embarqué caractéristique d'un véhicule o automobile est représenté schématiquement à la figure 1. Ce réseau em barqué comporte un générateur 1, une batterie, plusieurs consommateurs représentés ici globalement par le consommateur 3 ainsi qu'un régulateur é quip ant le gé nérateur. Lorsqu'on branche un nouveau consommateur 3, le régu s lateur 5 augmente la puissance fournie par le générateur 1 par un signal dF (signal de régulation par lequel on détermine l'excitation du générateur 1). Le couple de freinage agissant sur le moteur du véhicule augmente ainsi. Or précisément aux faibles régimes, notamment au ralenti, cela peut provoquer un affaissement de la vitesse de rotation allant jusqu'au o calage du moteur. Pour éviter de tels effondrements de la vitesse de rotation du moteur, il est connu de réguler la puissance fournie par le générateur par une fonction dite de réponse à la charge. Dans ces conditions, le cou rant d'excitation et ainsi la puissance fournie par le générateur est d'abord s réduit brutalement par le régulateur et l'alimentation du consommateur qui vient d'être nouvellement branché est alors d'abord assuré par la bat terie 2 (la batterie joue le rôle de tampon). Puis on augmente l'excitation suivant une courbe en forme de rampe (c 'est-à- dire avec une constante de temps assez longue) pour relever la puissance de sortie du générateur 1 au niveau requis. On évite ainsi que l'effet de freinage exercé par le géné rateur sur le moteur n'augmente trop fortement. D'autre part, du fait de la faible puissance fournie par le générateur en particulier dans le cas d'une batterie non suffisamment chargée, on aura un effondrement de la tension du réseau électrique embarqué. 3 s La co upure de forts cons ommateurs éle ctriqu es co ndu it à soulager le générateur 1 et ainsi à des sauts positifs du couple au niveau du générateur 1. I1 en résulte de nouveau une augmentation de la vitesse de rotation du moteur c'est-à-dire un fonctionnement irrégulier du moteur à combustion interne. De plus, la tension de sortie du générateur aug- mente alors. But de l'invention La présente invention a pour but d'éviter l'influence du gé nérateur sur le moteur tout en garantissant la stabilité de la tension du réseau embarqué. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif du type décrit ci-dessus caractérisé par des moyens permettant de modifier brusquement o le rendement () du générateur en réaction au branchement ou à la cou- pure d'un consommateur. L'invention concerne également un procédé caractérisé en ce qu'on modifie brusquement le rendement (rl) du générateur lors du branchement ou de la coupure d'un consommateur. De préférence les moyens sont réalisés de façon à réguler le rendement () en tenant compte de la puissance appliquée au générateur (signal dF) ou du régime du moteur (n). De plus, les moyens sont en relation avec un gestionnaire de consommateurs (NIM) et avec une détection de l'état de la batterie et o sont en mesure de réguler le rendement () en tenant compte de l'état ac- tuel de la batterie. En augmentant le rendement lors du branchement d'un autre consommateur électrique on peut couvrir la demande de puissance supplémentaire ainsi occasionnée sans modification immédiate du couple. Inversement lors de la coupure d'un consommateur, on diminue le ren- dement de sorte que le générateur fournira une puissance de sortie moin- dre sans variation brusque du couple. Comme moyen pour modifier le rendement on peut par exemple prévoir une commande telle qu'un redresseur impulelonnel qui 3 0 est en me sure d 'influ en cer l e rendement du générateur notamment en tournant la phase entre le courant du générateur et la tension. Ainsi selon le procédé conforme à l'invention, on augmente brusquement le rendement () lors du branchement d'un consommateur et on abaisse brusquement le rendement () lors de la coupure d'un con sommateur. On peut réguler le rendement par exemple en fonction de la charge actuelle du générateur ou la vitesse de rotation (régime) du moteur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, pour une faible charge du générateur on met le rendement à un niveau faible et pour une charge élevée du générateur on le met à un niveau élevé. Enfin le branchement d'un autre consommateur lorsque le générateur est faible s ment sollicité est beaucoup plus probable qu'une charge plus élevée. Si la charge appliquée au générateur est par exemple trop faible, on conserve une réserve de rendement pour permettre d'absorber des sauts de charge positifs, c'est-à-dire le branchement de consommateurs. Pour une charge élevée appliquée au générateur on peut par contre choisir de régler un o rendement plus élevé car il y aura de manière prévisible plutôt des sauts de charge négatifs. A côté de cela le rendement du générateur est de préférence maintenu à un niveau bas au faible régime du moteur, et à un niveau haut pour un régime élevé du moteur, afin d'avoir une réserve de rende s ment suffisamment importante aux faibles régimes du moteur, et pour ne pas créer une puissance perdue trop importante aux régimes élevés pour lesquels le moteur de toute façon tourne d'une manière beaucoup plus stable. Toutefois pour une faible charge appliquée au générateur o ou un régime bas, ces mesures conduisent à des puissances perdues trop importantes car du fait du faible rendement, le générateur ne fournit pra- tiquement que de la puissance réactive. Dans ces conditions il est avantageux que la régulation du rendement coopère avec une gestion de consommateurs retardant le bran s chement d'un consommateur jusqu'à ce que le couple du générateur soit de nouveau relevé à un niveau prédéterminé. L'expression " gestion de consommateurs.> désigne dans ce contexte une commande qui assure le branchement et la coupure des consommateurs en tenant compte de con- ditions prédéfinies (état de la batterie, puissance du générateur), c'està dire permettant notamment de retarder le branchement dans le temps. L'utilisation d'une gestion de consommateurs permet d'adapter le rende- ment du générateur avant que ne se produise une future commutation (branchement ou coupure d'un consommateur). La régulation du rendement du générateur par une gestion 3s de consommateurs s'effectue essentiellement de la manière suivante: Dans une première étape, on retarde le branchement du consommateur; dans une seconde étape on abaisse le rendement du gé- nérateur suivant une rampe (avec une grande constante de temps). En même temps la diminution de la puissance du généra- teur provoquée par une modification du rendement est compensée en principe par d'autres moyens comme par exemple une plus forte excitation du générate ur et final ement le cons o mmateur est branché ave c une aug s mentation brusque du rendement (constante de temps courte). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on peut réguler le rendement en tenant compte d'une détection de l'état de la bat- terie. Le réglage du rendement du générateur peut ainsi être accordé sui- vant l'état actuel de la batterie (état de la charge ou capacité de o puissance). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un réseau embarqué d'un véhi s cule automobile; - la figure 2 montre la courbe représentant différentes grandeurs du gé nérateur lors du branchement d'un consommateur; - la figure 3 montre l'évolution de différentes grandeurs du générateur lors de la coupure d'un consommateur; - la figure 4 montre l'évolution de différentes grandeurs du générateur lors du branchement d'un consommateur en coopération avec une ges tion de consommateur. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un réseau embarqué de véhicule auto mobile comprenant un générateur 1, une batterie 2 et plusieurs consom mateurs susceptibles d'être raccordés. Ces consommateurs sont représentés schématiquement par la charge 3. Pour réguler la tension ou la puissance du générateur il est prévu un régulateur 5. Lors du branchement d'un consommateur électrique, la puissance de sortie électrique P2 du générateur change de AP. Pour géné rer cette puissance supplémentaire AP, il faut fournir une puissance mo trice P2' supplémentaire par le moteur. On a ainsi les relations P2 = P1.11 1 P2' = P2 + AP P2'=P1.112 Dans ces relations, P2' représente la puissance du généra teur après le branchement d'un consommateur; 1 représente un rende ment plus faible et rl2 un rendement plus élevé. Comme le montre les relations mathématiques, en augmentant le rendement on couvre la de s mande de puissance électrique, supplémentaire sans variation de couple. La figure 1 montre en outre une installation 4 pour réguler le rendement du générateur. Cette installation reçoit un signal df, le ré gime moteur n ou des grandeurs équivalentes à partir desquelles on peut déduire les grandeurs ainsi évoquées. L'installation 4 peut en outre être o reliée à une gestion de consommateurs VM et réguler le générateur en fonction d'un signal de commande venant de la gestion de consomma teurs. Le réglage du rendement du générateur se fait par exemple en tour nant la phase entre l'intensité du courant du générateur et la tension. La figure 2 montre l'évolution dans le temps de différentes s grandeurs du générateur lors du branchement d'un consommateur (saut de charge positif). Dans l'exemple représenté, on branche le consomma teur à l'instant tO. En même temps on augmente brusquement le rende ment d'un niveau bas q 1 à un niveau haut 2 (branche a). La puissance de sortie du générateur augmente ainsi brusquement de la valeur AP en o passant d'une puissance P2 à une nouvelle puissance de sortie P2' sans appliquer un couple de freinage supplémentaire au moteur. A l'instant tl on atteint la nouvelle puissance de sortie P2' et le rendement rl2 peut alors être diminué suivant une courbe en rampe (branche b) c ' est- à- dire avec une constante de temp s plus grande que la s branche a pour revenir à la valeur plus faible q 1. En même temps, le cou ple nécessaire pour la puissance de sortie plus élevée P2' sera réglée par une rampe (excitation plus forte). Comme le montre la courbe, la tension de sortie du géné rateur est maintenue constante pendant cette opération. so La figure 3 montre l'évolution des principales grandeurs du générateur pour un saut de charge négatif. En coupant un consommateur électrique on modifie la puissance de sortie électrique P2 du générateur de la valeur AP. Il en résulte une réduction du couple appliqué au moteur. Si maintenant, lors de la coupure du consommateur (instant tO) on réduit le s rendement q2, brusquement (branche a) et si ensuite on revient suivant une forme de rampe (branche b) à la valeur initiale 2, on peut comman der de manière souhaitée le gradient de l'évolution du couple (voir la zone entourée). En outre la tension de sortie Ua est maintenue constante. En coupant un consommateur électrique, on a les relations suivantes: P2=P1 e2 s P2'=P2+AP P2' = P1 À 1 Pour réguler la puissance de sortie P du générateur pour un saut de charge positif comme représenté à la figure 2 présente toutefois o des inconvénients. Pour avoir suffisamment de possibilités pour l'augmentation brusque du rendement (branche a), il faut que dans les modes de fonctionnement plus critiques en particulier lorsque le moteur tourne au ralentit ou lorsque le générateur est très faiblement chargé, que le rendement soit maintenu à un niveau suffisamment bas (par exemple s entre 50 et 60 % de la valeur maximale). Pour un rendement aussi bas, le générateur fournit toutefois une puissance perdue relativement impor tante qui se traduit par une augmentation de la consommation de carbu rant. Selon un autre développement de l'invention représenté à la o figure 4, il est pour cela proposé des moyens 4 pour modifier le rendement en coopérant avec la gestion de consommateurs VM permettant de retar der le branchement des consommateurs 3. Cette solution a l'avantage de permettre de régler le couple après une demande de branchement à l'instant te, tout d'abord suivant une forme de rampe pour atteindre un s niveau plus élevé M2 tout en abaissant le rendement suivant une courbe en forme de rampe jusqu'à un niveau plus bas 1. La puissance de sortie P du générateur reste ainsi pratiquement inchangée à la valeur P1. Après cette courte temporisation, on branche finalement le consommateur 3 à l'instant tO et en méme temps on relève le rendement, brusquement (branche a) à la valeur 2. Cela augmente brusquement également la puissance fournie par le générateur de la valeur AP sans influencer le couple. De cette manière on peut également maintenir le rendement du moteur au ralenti toujours à un niveau optimum, élevé. 3s REVEND I CATI O N S 1 ) Dispositif de régulation de la puissance fournie par un générateur (1) , notamment à un réseau électrique embarqué d'un véhicule automobile, caractérisé par des moyens (4) permettant de modifier brusquement le rendement () du générateur (1) en réaction au branchement ou à la coupure d'un consom- mateur (3). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, o caractérisé en ce que les moyens (4) sont réalisés de façon à réguler le rendement (rl) en tenant compte de la puissance appliquée au générateur (signal df) ou du régime du moteur (n). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (4) sont en relation avec un gestionnaire de consommateurs VM). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (4) sont en relation avec une détection de l'état de la batterie et sont en mesure de réguler le rendement () en tenant compte de l'état ac tuel de la batterie. ) Procédé de régulation de la puissance fournie par un générateur (1), notamment à un réseau électrique embarqué d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu' on modifie brusquement le rendement () du générateur lors du branche ment ou de la coupure d'un consommateur (3). 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on augmente brusquement le rendement () lors du branchement d'un consommateur (3). 7 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on abaisse brusquement le rendement () lors de la coupure d'un con- sommateur (3). 8 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on maintient le rendement (rl) à un niveau bas pour une faible charge (dfl appliquée au générateur, et on maintient le rendement à un niveau haut pour une forte charge appliquée au générateur. o 9 ) Procédé selon la revendication 5, caractéfisé en ce qu' à faible régime (n) on maintient le rendement () à un niveau bas et à ré gime (n) élevé on maintient le rendement à un niveau haut. s 10 ) Procédé selon la revendication 5, caractéfisé en ce qu' on commande la vafiation du rendement () par une gestion de consom- mateurs (VM). o 11 ) Procédé selon la revendication 5, caractéfisé en ce qu' - on retarde le branchement d'un consommateur (3) par une gestion de consommateurs (VM); - on abaisse le rendement () suivant une forme de rampe pendant le s temps de tempofisation et en même temps on augmente le couple du générateur (1) pour agir contre la variation de puissance du fait de la réduction du rendement (rl)); et - on branche finalement le consommateur (3) tout en augmentant brus quement le rendement ().