Brevet FR2855316A1 — publié le 20041126

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'un actionneur avec un étage de puissance à plusieurs canaux, des courants d'entrainement étant fournis par les canaux aux actionneurs. Etat de la technique Les actionneurs au sens de la présente invention sont des composants électriques ou des ensembles de composants commandés par des impulsions de courant haute tension. A titre de simple exemple, il s'agit d'électrovannes ou d'actionneurs d'un système de commande élec1O trohydraulique de soupapes ou d'injecteurs. Fréquemment il faut commander un ensemble de tels actionneurs pratiquement de façon simultanée. Les systèmes de génération d'impulsion pour des installations à plusieurs canaux, pour commander plusieurs actionneurs ou leurs étages de puissance par exemple pour l'allumage et pour l'injection d'un vé15 hicule automobile, utilisent différents modes de réalisation déjà connus. Ainsi les étages de puissance dits d'entraînement fournissent des puissances relativement élevées même si fréquemment ces puissances ne sont fournies que brièvement. De manière caractéristique par une augmentation rapide mais brève de l'intensité, on produit une attraction rapide et 20 certaine des électrovannes en minimisant en même temps la puissance électrique appliquée. Pour arriver à une augmentation rapide de l'intensité, il faut généralement une installation d'alimentation en tension supplémentaire avec une tension plus élevée. Fournir une telle tension plus élevée (tension d'entraînement) nécessite fréquemment des convertis25 seurs continu/continu. Mais on rencontre alors le problème que suivant la sollicitation en courant on ne peut utiliser que des composants très coûteux et de grande valeur. Néanmoins le branchement simultané de plusieurs étages de puissance ou la commande d'un ensemble d'actionneurs est une opération critique. Une solution possible du problème pourrait 30 consister à utiliser des accumulateurs de charge comme par exemple des condensateurs de forte capacité et qui pourraient répondre à la demande d'intensité, importante, après avoir été chargés de manière appropriée. Mais l'inconvénient de cette solution réside dans les volumes importants et dans le prix élevé de tels composants électriques. 35 Exposé et avantage de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé de commande du type défini cidessus caractérisé en ce qu'on vérifie si l'on est en présence de flancs montants simultanés de plusieurs courants d'entraînement (collision de flancs montants) et si l'on constate l'existence simultanée de flancs montants, on décale dans le temps au moins l'un des courants d'entraînement de l'actionneur correspondant. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le courant d'entraînement fourni de manière décalée à au moins l'un des actionnrmeurs associés présente un flanc montant décalé dans le sens du retard ou dans le sens de l'avance. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on fournit 10 les courants d'entraînement aux actionneurs associés avec une temporisation constante ou variable. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on vérifie si l'envoi simultané dans le temps d'un ensemble de courants d'entraînement se traduit par une charge inacceptable d'installation telle 15 que l'étage de puissance d'alimentation en courant ou analogue, et on assure une alimentation décalée dans le temps des courants d'amplification vers les actionneurs associés seulement si l'alimentation simultanée de plusieurs courants d'entraînement dépasse une limite de charge prédéfinie. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on fixe une limite de charge que l'on vérifie avant de fournir les courants d'entraînement aux actionneurs associés, pour vérifier si la limite de charge fixée sera dépassée et ensuite on décale l'alimentation des courants d'entraînement des actionneurs ou on les décale dans le temps pour ne 25 pas dépasser la limite de charge fixée. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on dimensionne la somme des courants d'entraînement fournie simultanément dans un intervalle de temps prédéfini de façon que le courant somme ne dépasse pas une valeur limite prédéfinie. Suivant une autre caractéristique avantageuse, pour la commande des actionneurs avec des courants d'entraînement décalés dans le temps, on fixe un ordre de priorité pour commander de manière préférentielle les actionneurs critiques dans le temps. Suivant une autre caractéristique avantageuse, pour la 35 commande des actionneurs avec des courants d'entraînement décalés dans le temps on fixe les limites des décalages autorisés dans le temps pour que les décalages effectifs dans le temps respectent ces limites prédéfinies. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on fixe les priorités ou l'ordre des priorités des actionneurs ou les limites des décalages autorisés dans le temps des courants d'entraînement des actionneurs suivant le cas notamment en fonction du temps et/ou selon l'état de fonc5 tionnement de la machine commandée à l'aide des actionneurs. Suivant une autre caractéristique, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre à l'aide de composants électriques et électroniques. Le procédé peut également être mis en oeuvre par des modules fonctionnels d'une unité de calcul électronique. La présente invention utilise le fait que notamment dans les applications en technique automobile, il n'est pas généralement nécessaire de commander d'une manière absolument simultanée tous les actionneurs. Bien plus on peut avoir dans le cas d'installation d'émission à plusieurs canaux, une commande impulsionnrmelle de plusieurs actionneurs 15 qui tolère de faibles décalages dans le temps entre les impulsions. On peut ainsi éviter selon l'invention les collisions de flancs montants. Il s'agit de l'apparition simultanée des flancs de branchement de plusieurs canaux. De façon avantageuse on peut ainsi réduire la charge maximale car l'intensité du courant produit est plus faible que si tous les actionneurs 20 étant commandés simultanément. L'invention permet ainsi d'éviter le surdimensionnement de l'étage de puissance ou de l'installation d'alimentation en courant qui fournit le courant nécessaire par exemple un convertisseur continu/continu ou encore l'utilisation du condensateur. Cela se traduit globalement par une économie considérable. 25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un premier schéma par blocs d'une installation 30 électrique, - la figure 2 montre un premier diagramme donnant le chronogramme de l'intensité, - la figure 3 montre un second diagramme donnant un chronogramme d'intensité en fonction du temps, - la figure 4 montre un troisième diagramme avec un autre chronogramme d'intensité, - la figure 5 montre un quatrième diagramme avec un chronogramme d'intensité, - la figure 6 montre un second schéma par blocs, - la figure 7 montre un ordinogramme. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un premier schéma par blocs d'une ins5 tallation électrique 100 pour commander les actionneurs. L'installation comprend un appareil de commande 10 relié à un étage de puissance 11 à plusieurs canaux. Les canaux, par exemple les canaux 1, 2, 3, 4 de l'étage de puissance 11, sont reliés à plusieurs actionneurs 12, 13, 14, 15. Ces actionneurs peuvent être par exemple des injecteurs électromagnéti10 ques pour la commande de l'alimentation en carburant d'un véhicule automobile ou encore d'électrovannes d'une installation de freinage ou d'installation de direction d'un véhicule automobile ou encore de la commande des soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne. Les actionneurs 12, 13, 14, 15 sont commandés par les impulsions P1, 15 P2, P3, P4 fournies par l'étage de puissance 11. La figure 2 montre un premier diagramme donnant un chronogramme MV1 de l'intensité du courant. Il s'agit d'une courbe de courant caractéristique que l'on rencontre pour la commande d'un actionneur par exemple d'une électrovanne. Les unités de temps sont représen20 tées sur l'axe X par exemple en millisecondes. L'axe Y donne les unités d'intensité par exemple A. Le courant MV1 est appliqué à partir de l'instant 0. Comme le montre la figure 2, le courant MV1 augmente alors fortement dans un temps relativement court jusqu'à ce qu'après environ 430 millisecondes l'électrovanne est complètement ouverte. Cette phase 25 est fréquemment appelée phase d'entraînement. Après l'ouverture de l'électrovanne, on peut diminuer l'intensité MV1 à un niveau considérablement plus faible qui représente le courant de maintien car celui-ci suffit pour maintenir l'électrovanne en position ouverte. Cette phase d'application du courant de maintien, 30 d'intensité réduite, est également appelée phase de maintien. Pour refermer de nouveau l'électrovanne, ce qui est le cas à la figure 1, à titre d'exemple après environ 1 600 millisecondes, on réduit à 0 l'intensité MV1 du courant. La figure 3 montre un second diagramme représentant une 35 courbe d'intensité en fonction du temps (chronogramme de l'intensité). Ce diagramme montre de nouveau le courant d'entraînement appliqué à l'électrovanne pendant la phase d'entraînement c'est-à-dire dans l'intervalle de temps compris entre 0 et 450 millisecondes. A la fin de la phase d'entraînement il n'y aura plus, comme le représente la figure 2, qu'un courant de maintien. On rencontre une difficulté pour la capacité de puissance de l'étage de puissance 11 si tous les actionneurs 12, 13, 14, 15 (figure 1) doivent être alimentés pratiquement simultanément. Cette s situation est explicitée à l'aide de la figure 4 qui donne un troisième diagramme représentant un chronogramme d'intensité. A la figure 4, on a tout d'abord représenté les intensités d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 de quatre actionneurs 12, 13, 14, 15. Dans cet exemple on suppose que les quatre actionneurs 12, 13, 14, 10 15 sont alimentés simultanément et qu'à l'instant T=0, on applique aux actionneurs essentiellement le même courant d'entraînement. Le courant d'entraînement commence à passer à partir de l'instant T=0 et il retombe de nouveau après environ 500 ms lorsque les actionneurs 12, 13, 14, 15 ont été actionnés. Le problème devient clair lorsqu'on considère le courant 1 total ISU correspondant à l'addition des différents courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4. L'étage de puissance 11 serait sollicité considérablement si l'on commandait simultanément tous les actionneurs 12, 13, 14, 15. Cette situation pourrait être traitée si comme indiqué ci20 dessus on surdimensionne l'étage de puissance 11 et l'installation d'alimentation en courant mais une telle solution n'est pas réalisable économiquement pour des raisons de coût car il faudrait utiliser des composants trop coûteux. Egalement l'utilisation de condensateurs pour fournir les intensités de courant nécessaires n'est pas possible pour des raisons 25 de coût et d'encombrement. par exemple l'installation d'alimentation électrique pourrait également être réalisée à l'aide d'un convertisseur continu/continu. Ce problème peut être résolu selon l'invention si tous les actionneurs 12, 13, 14, 15 ne sont pas commandés simultanément mais 30 si on les alimente avec le courant d'entraînement de façon décalée dans le temps. Cette solution sera décrite ci-après à l'aide d'un second schéma par blocs représenté à la figure 6. Les composants de circuit présentés dans la figure 6 correspondent à ceux déjà montrés à la figure 1. A la différence de la figure 1, dans le cas de la figure 6, on décale l'envoi des im35 pulsions P1, P2, P3, P4 vers les actionneurs 12, 13, 14, 15 respectifs. Ainsi la figure 6 montre que le canal 1 servant à la commande de l'actionneur 12 reçoit l'impulsion P1 prévue à l'instant T1. Dans le canal 2 servant à la commande de l'actionneur 13, l'impulsion P2 commence à l'instant T2. Dans le canal 3, l'impulsion P3 pour la commande de l'actionneur 14 commence à l'instant T3. Dans le canal 4 l'impulsion P4 servant à commander l'actionneur 15 commence à l'instant T4. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, les instants in5 diqués T1, T2, T3, T4 sont décalés les uns par rapport aux autres chaque fois du même intervalle de temps DT. L'effet de ce type de commande apparaît à la figure 5 qui montre un quatrième diagramme présentant un chronogramme de courant. A la figure 5, on a représenté de nouveau les courants 10 d'entraînement des quatre actionneurs 12, 13, 14, 15, ces courants étant fournis de manière décalée dans le temps aux actionneurs comme le montre la figure 6. En même temps la figure 5 montre le courant somme ISU. I1 apparaît clairement que le décalage dans le temps des courants d'entraînement se traduit par une sollicitation beaucoup plus faible de 15 l'étage de puissance 1 1 ou de l'installation d'alimentation en courant car il n'y aura plus d'intensité de courant aussi élevée que dans l'exemple de réalisation de la figure 4. Dans l'exemple de réalisation présenté à la figure 6, on suppose à titre d'exemple que les courants d'entraînement MV1, MV2, 20 MV3, MV4 des actionneurs 12, 13, 14, 15 sont fournis de manière décalée dans le temps; l'intervalle entre les différents courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 est essentiellement constant et correspond à la valeur DT. Dans le cadre d'une autre variante de réalisation de l'invention, il est possible sans difficulté de choisir un intervalle de temps DT variable 25 pour séparer encore mieux l'intervalle de temps entre le début des différents courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 c'est-a-dire de modifier l'intervalle de temps si cela est intéressant pour des raisons de charge. Les différents canaux 1, 2, 3, 4 de commande des actionneurs 12, 13, 14, 15 de l'étage de puissance 11 peuvent également être configurés 30 de manière statique par la conception du circuit pour que les impulsions de commande des actionneurs 12, 13, 14, 15 soient émises avec un intervalle de temps constant DT si cela s'avère nécessaire pour des raisons de réduction de charge. Cela peut toujours être le cas si comme déjà indiqué ci-dessus on rencontre une collision des flancs montants. Si l'étage de 35 puissance 1 1 dispose de moyens de commutation permettant de déceler un tel risque de collision. I1 est toutefois beaucoup plus souple d'utiliser l'autre exemple de réalisation de l'invention avec des impulsions P1, P2, P3, P4 fournies avec une temporisation variable d'actionneurs 12, 13, 14, 15. Il est particulièrement avantageux de prévoir un appareil de commande 10 équipé de moyens de calcul permettant de déterminer une collision critique de flancs montants. Dès qu'une telle collision se présente, l'appareil de commande 10 demande à l'étage de puissance 11 une émis5 sion optimisée c'est-à-dire des impulsions P1, P2, P3, P4 décalées dans le temps pour commander les actionneurs 12, 13, 14, 15. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, après avoir constaté une collision de flancs montants, on vérifie tout d'abord dans une étape supplémentaire si les courants d'entraînement MV1, MV2, I0 MV3, MV4 fournis simultanément produise un dépassement de la limite de charge prédefinie des installations comme par exemple de l'étage de puissance 11 ou d'installation d'alimentation en courant. Ce n'est que si cela est le cas que l'on fournit de manière décalée dans le temps les courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4. Cette variante de réalisation 15 sera décrite ci-après en référence à l'ordinogramme de la figure 7. On démarre le procédé de vérification dans l'étape 70. Dans l'étape 71 on vérifie si l'on est en présence d'une collision de flancs montants c'està-dire si plusieurs courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 doivent être fournis simultanément aux actionneurs 12, 13, 14, 15. 20 Si cela n'est pas le cas on saute tout de suite par la dérivation 71 A à l'étape 74 qui assure l'alimentation des courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 vers les actionneurs associés 12, 13, 14, 15. Si toutefois dans l'étape 71 on constate une collision de flancs montants, on passe tout d'abord à l'étape 72. Dans cette étape on vérifie si l'envoi simultané 25 des éventuels courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 conduit à une surcharge et si l'on dépasse la limite de charge G prédéterminée. Si cela n'est pas le cas on passe par la dérivation 72A pour venir à l'étape 74 qui assure l'alimentation des courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 des actionneurs 12, 13, 14, 15. Si toutefois on craint le dépassement 30 de la limite de charge prédéfinie G, on passe alors tout d'abord à l'étape 73. Dans cette étape on échelonne dans le temps les courants d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 avant d'exécuter l'étape 74. L'échelonnement dans le temps des courants d'amplification MV1, MV2, MV3, MV4 est avantageusement choisi pour que la somme des courants 35 d'entraînement MV1, MV2, MV3, MV4 qui passe simultanément dans un intervalle de temps prédéterminé ne dépasse pas une limite prédéterminée du courant somme ISU. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, on peut fixer de manière intéressante un ordre de priorité. Par exemple certains actionneurs particulièrement critiques dans le temps c'est-à-dire des actionneurs qui nécessitent une commande particulièrement précise dans 5 le temps auront une priorité plus élevée que des actionneurs moins critiques dans le temps. Cela signifie que l'ordre de commande des actionneurs 12, 13, 14, 15 avec les courants d'entraînement Mvi, MV2, MV3, MV4 tient tout d'abord compte des actionneurs critiques dans le temps en commandant ces actionneurs si possible sans défaut de temps ou avec un 10 défaut de temps aussi réduit que possible. Les priorités peuvent être prédéfinies de manière fixe ou être modifiées de cas en cas et notamment en fonction du temps ou de l'état de fonctionnement de la machine commandée à l'aide de ces actionneurs. Une autre réalisation avantageuse de l'invention fixe les li15 mites pour le décalage dans le temps, autorisées pour la commande des différents actionneurs. Dans ce cas les actionneurs particulièrement critiques dans le temps seront caractérisés par des limites particulièrement étroites. En cas de collision de flancs montants, on définit ainsi une succession de courants d'entraînement décalés dans le temps pour ces ac20 tionneurs de façon à respecter les limites prévues des décalages dans le temps. Les limites des décalages dans le temps autorisées peuvent alors être prédéfinies de manière fixe ou encore de cas en cas en particulier être modifiées en fonction du temps et/ou de l'état de fonctionnement de la machine commandée par les actionneurs. La solution selon l'invention s'utilise avantageusement dans toutes les applications dans lesquelles il faut commander un ensemble 1, 2, 3...n d'actionneurs électromagnétiques comme par exemple des électrovannes. Les applications sont nombreuses pour les véhicules automobiles comme par exemple la commande des injecteurs ou celle des 30 électrovannes associée à des installations de freinage, des systèmes de direction ou des installations de commande électrohydrauliques ou magnétiques de soupapes. Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à des installations qui ne sont pas alimentées en courant mais en tension comme par exemple les installations de commande à cristaux 35 piézo-électriques. L'application de la solution de l'invention n'est évidemment pas limitée au domaine des véhicules automobiles. Elle peut s'appliquer avec le même intérêt à d'autres domaines de la technique dans lesquels on commande pratiquement en même temps un ensemble d'actionneurs. NO M EN C LATURE 1 2 3 11 12 1O 13 14 15 P1 15 P2 P3 P4 ISU MV1i 20 MV2 MV3 MV4 T T1 25 T2 T3 T4 DT 70 30 71 72 73 74 71A 35 72A Canal Canal Canal Canal Appareil de commande Etage de puissance Actionneur Actionneur Actionneur Actionneur Installation électronique Impulsion Impulsion Impulsion Impulsion Courant somme Courant d'entraînement Courant d'entraînement Courant d'entraînement Courant d'entraînement Temps Instant Instant Instant Instant Intervalle de temps Etape Etape Etape Etape Etape Dérivation Dérivation REVENDICATIONS 1 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) avec un étage de puissance (11) à plusieurs canaux (1, 2, 3, 4), des courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) étant fournis par les canaux (1, 2, 3, 4) aux actionneurs (12, 13, 14, 15), caractérisé en ce qu' on vérifie si l'on est en présence de flancs montants simultanés de plusieurs courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) (collision de flancs montants) et si l'on constate l'existence simultanée de flancs montants, on 10 décale dans le temps au moins l'un des courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) de l'actionneur correspondant (12, 13, 14, 15). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) fourni de manière décalée à au moins l'un des actionneurs associés (12, 13, 14, 15) présente un flanc montant décalé dans le sens du retard. 3 ) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, 20 caractérisé en ce que le courant d'entraînement fourni à au moins l'un des actionneurs, de manière décalée dans le temps présente un flanc montant décalé dans le sens de l'avance. 4 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fournit les courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) aux actionneurs associés (12, 13, 14, 15) avec une temporisation constante (DT). 30 5 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fournit les courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) aux ac35 tionneurs associés (12, 13, 14, 15) avec une temporisation variable (DT). 6 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on vérifie si l'envoi simultané dans le temps d'un ensemble de courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) se traduit par une charge inacceptable d'installation telle que l'étage de puissance (11) d'alimentation en courant ou analogue, et on assure une alimentation décalée dans le temps des courants d'amplification (MV1, MV2, MV3, MV4) vers les actionneurs associés (12, 13, 14, 15) seulement si l'alimentation simultanée de plusieurs courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) dépasse une limite de charge pré1o définie. 7 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fixe une limite de charge que l'on vérifie avant de fournir les courants d'entraînement (NMV1, MV2, MV3, MV4) aux actionneurs associés (12, 13, 14, 15), pour vérifier si la limite de charge fixée sera dépassée et ensuite on décale l'alimentation des courants d'entrainement (MV1, MV2, MV3, MV4) des actionneurs (12, 13, 14, 15) ou on les décale dans le temps pour 20 ne pas dépasser la limite de charge fixée. 8 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on dimensionne la somme des courants d'entraînement (MVl, MV2, MV3, MV4) fournie simultanément dans un intervalle de temps prédéfini de façon que le courant somme (ISU) ne dépasse pas une valeur limite prédéfinie. 9 ) Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (12, 13, 14, 15) selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la commande des actionneurs (12, 13, 14, 15) avec des courants d'entraînement (MV1, MV2, MV3, MV4) décalés dans Ie temps, on fixe un 35 ordre de priorité pour commander de manière préférentielle les actionneurs (12, 13, 14, 15) critiques dans le temps. 10 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la commande des actionneurs avec des courants d'entraînement décalés dans le temps on fixe les limites des décalages autorisés dans le temps pour que les décalages effectifs dans le temps respectent ces limites prédéfinies. 11 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fixe les priorités ou l'ordre des priorités des actionneurs ou les limites 0o des décalages autorisés dans le temps des courants d'entraînement des actionneurs suivant le cas notamment en fonction du temps et/ou selon l'état de fonctionnement de la machine commandée à l'aide des actionneurs. 12 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il est exécuté à l'aide de composants électriques et électroniques. 13 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 20 caractérisé en ce que l'exécution du procédé se fait par des modules fonctionnels d'une unité de calcul électronique.