Brevet FR2855879A1 — publié le 20041210

La présente invention concerne un procédé de détection d'un défaut d'un actionneur piézoélectrique notamment d'un actionneur piézoélectrique d'un générateur de son, selon lequel on forme un circuit oscillant à fréquence de résonance de consigne avec la capacité de l'actionneur piézoélectrique. L'invention concerne également un circuit de commande pour un piézoactionneur d'un générateur de sons. Etat de la technique L'actionneur piézoélectrique est utilisé de nombreuses ma10 nières dans la construction automobile. On utilise par exemple des hautparleurs piézoélectriques pour les avertisseurs et les sirènes. Le contrôle du bon fonctionnement des actionneurs piézoélectriques pendant leur fonctionnement est un élément important pour déceler à temps les défauts. L'aptitude au fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique se fait actuellement en contrôlant la tension et l'intensité dans l'actionneur piézoélectrique. Par exemple, on mesure les courants d'entraînement de pointe, la chute de tension du transformateur ou des paramètres analogues et on en déduit l'état de l'actionneur piézoélectri20 que. Mais ces procédés présentent des inconvénients du point de vue de leur fiabilité et de la puissance consommée. Le document WO 98/11 666 A1 décrit un système de contrôle d'un actionneur piézoélectrique d'un générateur de sons comportant un circuit de commutation de convertisseur pour convertir le si25 gnal de commande en un signal d'activation du générateur de sons et un circuit de commande pour créer le signal de commande. Le circuit de commande intègre un microprocesseur pour adapter le signal de commande sur la base d'un signal d'entrée pour que le générateur de sons engendre un niveau de pression phonique prédéterminé. 30 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de détection d'un défaut dans un actionneur piézoélectrique. L'invention a également pour but de développer un circuit de commande d'un actionneur piézoélectrique permettant de déceler un défaut dans l'actionneur. 35 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on excite le circuit oscillant à l'aide d'un signal impulsionnel, on mesure la grandeur de l'oscillation du circuit oscillant et on estime qu'il y a un défaut si la grandeur mesurée de l'oscillation diffère de la grandeur de consigne de l'oscillation. L'invention concerne également un circuit de commande caractérisé en ce qu'on émet un signal impulsionnel par une sortie de signal 5 pour exciter le circuit oscillant formé avec l'actionneur piézoélectrique pour que le circuit oscillant vibre selon une fréquence de résonance de consigne, le circuit de commande ayant une entrée de signal pour recevoir les oscillations du circuit oscillant, et le circuit de commande mesurant une grandeur d'oscillation du circuit oscillant et constatant un défaut par 10 comparaison avec une grandeur d'oscillation de consigne si la grandeur d'oscillation mesurée et la grandeur d'oscillation de consigne diffèrent l'une de l'autre. Enfin, l'invention concerne un système d'actionneur piézoélectrique caractérisé en ce que le circuit oscillant formé par 15 l'actionneur piézoélectrique et l'inductance du composant inductif est relié à l'entrée de signal du circuit de commande. Selon une première caractéristique, l'invention concerne un procédé de détection d'un défaut dans un actionneur piézoélectrique. L'actionneur piézoélectrique est branché pour qu'il forme un circuit oscil20 lant avec sa capacité selon une grandeur d'oscillation de consigne. A l'aide d'un signal impulsionnel, on excite le circuit oscillant et on mesure l'amplitude d'oscillation du circuit oscillant et on compare cette grandeur à l'amplitude de consigne. On constate qu'il y a un défaut si l'amplitude de l'oscillation diffère de l'amplitude d'oscillation de consigne. Cela permet de déceler une variation de capacité de l'actionneur piézoélectrique. La capacité de l'actionneur piézoélectrique varie s'il se produit un défaut dans l'actionneur. Cela permet de déceler pratiquement tous les défauts possibles d'un actionneur piézoélectrique sous la forme d'une variation de capacité, si bien que tous les effets peu30 vent être détectés à l'aide du procédé proposé ci-dessus. La variation de capacité modifie également la fréquence de résonance du circuit oscillant formé avec cette capacité. Si, à l'aide du signal impulsionnel, on excite le circuit oscillant, celui-ci oscille normalement à sa fréquence de résonance. La fréquence de résonance du circuit 35 oscillant dépend de la capacité et de l'inductance et indique ainsi si la capacité de l'actionneur piézoélectrique est inchangée ou si elle a été modifiée par suite d'un défaut. La grandeur d'oscillation peut définir par exemple la période de l'oscillation, la fréquence de l'oscillation, le nombre d'oscillations dans une durée prédéterminée ou encore la durée pour recevoir un nombre prédéfini d'oscillations. La grandeur d'oscillation se détermine de préférence en mesurant le nombre d'oscillations du circuit oscillant pendant une fenêtre de temps défini après l'excitation par le signal impulsionnel. Le nombre d'oscillations mesurées est comparé à un nombre de référence indiqué par la grandeur d'oscillation de consigne; ce nombre de référence indique 10 combien d'oscillations doivent se produire dans une durée prédéfinie du circuit oscillant si l'actionneur piézoélectrique est sans défaut. Le procédé selon l'invention a l'avantage de permettre de vérifier de manière simple le bon fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique. Il est prévu de constater de préférence le défaut si le nombre d'oscillations mesurées diffère du nombre de référence de plus d'une valeur de tolérance. Cela permet de prévoir une plage de tolérance selon laquelle une première déviation par rapport à l'amplitude de tolérance aboutit à la détection d'un défaut. L'existence de l'amplitude de tolérance 20 permet de compenser les tolérances de construction, ce qui fait que des capacités qui diffèrent facilement l'une de l'autre pour l'actionneur piézoélectrique n'entrainent pas immédiatement le signalement d'un défaut. Ce n'est que par une variation de la capacité de l'actionneur piézoélectrique dépassant un certain niveau que se traduit une déviation du nombre 25 mesuré d'oscillations par rapport au nombre de référence de plus d'une amplitude de tolérance. De préférence l'amplitude de l'oscillation se détermine par la mesure d'une durée. Pour cela, on définit un seuil pour déterminer un flanc d'oscillations et on mesure la durée comprise entre deux flancs 30 d'oscillations déterminés. On constate qu'il y a un défaut si la durée mesurée diffère d'une durée de référence définie par l'amplitude de consigne de l'oscillation de plus d'une amplitude de tolérance. L'actionneur piézoélectrique est commandé de préférence par un composant inductif notamment un transformateur et le circuit os35 cillant est formé par l'inductance du composant inductif et la capacité de l'actionneur piézoélectrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de commande est prévu pour un actionneur piézoélectrique. Le circuit de commande comporte une sortie de signal pour émettre les signaux de commande utilisés pour le fonctionnement normal de l'actionneur piézoélectrique. La sortie du signal émet un signal impulsionnel pour exciter le circuit oscillant formé avec l'actionneur piézoélectrique pour que celui-ci 5 oscille selon la fréquence de résonance de consigne. Le circuit de commande comporte une entrée de signal pour recevoir les oscillations du circuit oscillant. Le circuit de commande mesure une grandeur d'oscillation du circuit oscillant et, en comparant cette grandeur à une grandeur d'oscillation de consigne, constate un défaut si la grandeur mesurée de 10 l'oscillation diffère de la grandeur de consigne de l'oscillation. Le circuit de commande selon l'invention a l'avantage de supprimer une mesure compliquée de courant et de tension pour surveiller l'aptitude au fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique et de déceler un défaut d'une manière simple par la mesure du nombre 15 d'oscillations. Selon une autre caractéristique de l'invention, un système d'actionneur piézoélectrique est commandé par un circuit de commande comme celui décrit ci-dessus et comporte un actionneur piézoélectrique commandé par l'intermédiaire d'un composant inductif. Le circuit oscillant 20 formé par l'actionneur piézoélectrique et l'inductance du composant inductif est relié à l'entrée de signal du circuit de commande. Le circuit de commande est de préférence relié au circuit oscillant par un filtre passe-bas qui élimine par filtrage la composante continue du transformateur et permet de limiter les surtensions produites 25 dans le transformateur pour le circuit de commande. Le filtre passe haut sert ainsi à protéger le circuit de commande contre les surtensions. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins 30 annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs d'un mode de réalisation d'un système d'actionneur piézoélectrique selon l'invention, - la figure 2 est un schéma par blocs d'un autre mode de réalisation d'un système d'actionneur piézoélectrique selon l'invention; la figure 3a concerne le calcul des courbes des oscillations du circuit oscillant dans le cas d'un actionneur piézoélectrique sans défaut et dans le cas d'un actionneur défectueux; - la figure 4 montre les chronogrammes mesurés des oscillations du circuit oscillant en cas d'actionneur piézoélectrique sans défaut et d'un actionneur défectueux. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un schéma par blocs d'un système d'actionneur piézoélectrique pour commander un actionneur piézoélectrique 1 selon un mode de réalisation de l'invention par exemple pour un générateur de son dans un avertisseur. L'actionneur piézoélectrique 1 est commandé de préférence par l'intermédiaire d'un composant inductif 2 10 ayant une inductance. L'actionneur piézoélectrique 1 forme avec le composant inductif 2 un circuit de commutation de son 16 permettant de faire fonctionner l'actionneur piézoélectrique 1 comme générateur de son. Le circuit de commutation son est mis en oeuvre par un circuit de commande 3. Ce 15 dernier peut être un microprocesseur. Le circuit de commande 3 comporte une sortie de signal 4 qui applique un signal de commande à une entrée de commande d'un transistor 5 de préférence l'entrée de base de celui-ci. A la place du transistor 5, on peut également utiliser n'importe quel autre élément de commutation électronique par exemple un transistor MOSFET 20 ou un relais. Le transistor 5 est branché principalement en série avec le composant inductif 2 pour amplifier le signal appliqué à la sortie 4 du circuit de commande 3 pour le composant inductif. Le circuit de commande 3 génère un signal pour commander l'actionneur piézoélectrique 1. Le signal est émis par la sortie de signal 25 4 à l'entrée de base du transistor 5. Le signal fait varier la résistance du transistor 5 en particulier pour commuter dans le sens du passage ou du blocage du transistor 5 pour appliquer une tension résultante, variable au composant inductif 2. Dans le circuit de commutation de son 16, la tension qui varie commande l'actionneur piézoélectrique 1 d'une manière ap30 propriée comme générateur de son émettant un signal acoustique audible. Le circuit de commande 3 comporte en outre une entrée de signal 6 reliée par un circuit de réaction 17 au composant inductif 2. L'entrée de signal 6 est reliée à un circuit de mesure du circuit de commande 3. Le circuit de commande 3 émet un signal impulsionnel pour 35 contrôler l'actionneur piézoélectrique 1. Ce signal impulsionnel commande l'actionneur piézoélectrique 1 par l'intermédiaire du composant inductif 2 et du transistor 5. On excite ainsi le circuit oscillant formé par le composant inductif 2 et l'actionneur piézoélectrique 1. Le circuit oscillant fonc- tionne alors à sa fréquence propre, définie par la capacité de l'actionneur piézoélectrique 1 et l'inductance du composant inductif 2. L'oscillation du circuit oscillant dans le circuit de commutation de son 16 est fourni par le circuit de réaction 17 au circuit de commande. Le circuit de réaction 17 5 effectue principalement une conversion de signal pour transmettre le signal reçu, de manière appropriée, au circuit de commande 3. L'entrée de signal 6 permet de saisir les oscillations du circuit oscillant après excitation par le signal impulsionnel. Le circuit de commande 3 définit un seuil de tension qui peut être dépassé vers le haut 10 ou vers le bas par le potentiel correspondant aux vibrations du circuit oscillant. Le circuit de commande 3 mesure alors la durée entre le dépassement vers le haut et le dépassement vers le bas ou inversement entre le dépassement vers le bas et le dépassement vers le haut du seuil de tension prédefini. La durée de mesure est comparée à une durée de référence 15 prédéfinie dans le circuit de commande 3. On peut également mesurer la durée comprise entre deux ou un plus grand nombre fixe de dépassements successifs de la source de tension vers le haut ou vers le bas. Si la durée mesurée diffère de plus d'une valeur de tolérance prédéfinie de la durée de référence, on considère qu'il y a un défaut et celui-ci est transmis 20 à une unité d'affichage 18 pour être affiché. La détection des oscillations peut se faire par exemple par une entrée d'interruption du circuit de commande 3 réalisé sous la forme d'un micro contrôleur. Pour cela il est nécessaire de limiter le potentiel des oscillations pour que l'entrée d'interruption ne reçoive ni surtension ni sous-tension. La figure 2 montre un schéma par blocs d'un système d'actionneur piézoélectrique pour commander un actionneur piézoélectrique 1 selon un autre exemple de réalisation de l'invention. Dans cette figure les mêmes références que ci-dessus désignent les mêmes éléments du système d'actionneur piézoélectrique. Le système d'actionneur piézoélectrique représenté à la figure 2 comprend l'actionneur piézoélectrique 1 commandé par une inductance par l'intermédiaire d'un transformateur 19. Le transformateur 19 sert à fournir les tensions nécessaires à la commande de l'actionneur piézoélectrique 1. Alors qu'habituellement la tension d'alimentation VDD 35 disponible dans les véhicules automobiles est de l'ordre de 12 volts, les tensions nécessaires à la commande de l'actionneur piézoélectrique 1 vont jusqu'à 200 volts. Le transformateur 19 permet d'assurer une conversion de tension pour augmenter la tension d'alimentation VDD disponible. Le primaire 14 du transformateur 19 est branché en série sur le transistor 5 reliant les potentiels d'alimentation. Cela signifie qu'une première borne du primaire 14 du transformateur 19 est reliée au potentiel d'alimentation de niveau haut VDD. La seconde borne du primaire 14 s du transformateur 19 est reliée à une première borne de préférence à la borne de collecteur du transistor 5. Une seconde borne de préférence la borne d'émetteur du transistor 5 est reliée au second potentiel d'alimentation de préférence la masse VGND. Le circuit de commande 3 comporte un générateur de signal 10 12 pour générer un signal de commande de l'actionneur piézoélectrique 1 en fonctionnement normal, selon les grandeurs de consigne prédéfinies dans le circuit de commande ou selon une ou plusieurs grandeurs de consigne reçues par l'entrée de grandeurs de commande 13. Le générateur de signal 12 est de préférence un générateur donnant un signal à largeur 15 d'impulsion modulée. Le circuit de commande 3 fournit en mode de fonctionnement normal, des signaux de commande pour l'actionneur piézoélectrique 1 à partir du générateur de signal 12. Ces signaux sont appliqués à la base du transistor 5 par la sortie de signal 4. Ces signaux modifient la résistance du transistor 5, en particulier pour son déblocage ou son blocage, pour qu'une tension variable résultante soit appliquée par le primaire 14 du transformateur 19. La variation de tension appliquée au primaire 14 produit dans le secondaire 15 du transformateur 19, une variation de tension augmentée suivant le rap25 port du nombre de spires du primaire 14 et du secondaire 15. Cette impulsion de tension, commande l'actionneur piézoélectrique 1. Le circuit de commande 3 est réalisé pour que l'entrée de signal 6 soit reliée à la seconde borne du primaire 14 du transformateur 19 par l'intermédiaire d'un condensateur 7 et d'une résistance 8. L'entrée 30 de signal 6 est reliée à un circuit d'essai 9 prévu dans le circuit de commande 3. Le circuit d'essai 9 est également relié à la sortie de signal 4 du circuit de commande 3 pour tester l'actionneur piézoélectrique 1 en envoyant un signal impulsionnel. Ce signal impulsionnel commande l'actionneur piézoélectrique 1 par le transformateur 19 et le transistor 5. L'actionneur piézoélectrique 1 forme un circuit oscillant avec la bobine 15 du secondaire du transformateur 19. Ce circuit oscillant est excité par le signal impulsionnel. Après son excitation, le circuit oscillant oscille à une fréquence propre et un amortissement dépendant de la valeur de la résistance des lignes de liaison et de la résistance interne du secondaire 15. L'oscillation du circuit oscillant est transmise par le primaire 14 du transformateur 19 et par la résistance 8 et le condensateur 7 à l'entrée de signal 6 du circuit de commande 3. La résistance 8 forme un 5 filtre passe-haut, avec le condensateur 7 et limite les surtensions à l'entrée de signal 6. De l'entrée de signal 6 reliée au circuit d'essai 9, on saisit les oscillations du circuit oscillant lorsque celui-ci est excité par le signal impulsionnel. Le circuit d'essai 9 mesure alors le nombre d'oscillations 10 produites dans une période prédéfinie, choisie librement. La durée prédéfinie commence principalement en même temps que le signal impulsionnel ou directement après celui-ci et cette durée se termine au plus tard avant que les oscillations du circuit oscillant, excité, diminuent à un niveau indétectable par l'entrée de signal 6. Le nombre mesuré d'oscillations pendant la durée prédéterminée est comparé à une grandeur de référence enregistrée dans un élément de mémoire 10 disponible pour le circuit d'essai 9. Si le nombre d'oscillations mesurées diffère de plus d'une valeur de tolérance prédéfinie par rapport au nombre de référence, on estime qu'il y a un défaut. Une 20 sortie de défaut 1 1 transmet l'information à une unité de commande centrale par exemple par l'intermédiaire d'un bus de données, approprié CAN ou autre. Si un défaut se produit dans l'actionneur piézoélectrique 1, sa capacité change. Les défauts possibles peuvent être, par exemple, des 25 coupures de ligne d'alimentation ou la coupure de l'actionneur piézoélectrique 1 généralement en matière céramique. De tels défauts se traduisent par une variation brusque de la capacité, de sorte que la fréquence propre du circuit oscillant formée avec l'actionneur piézoélectrique change. Comme du fait des variations de paramètres des composants utilisés en 30 particulier du transformateur utilisé 19 et de l'actionneur piézoélectrique 1, la fréquence propre du circuit oscillant est différente dans certaines limites, on pourra définir dans une opération d'initialisation, tout d'abord le nombre de référence et enregistrer ce nombre dans l'élément de mémoire 10. Pour déterminer le nombre de référence ou une erreur, on génère un signal impulsionnel avec le circuit d'essai 9 et on applique le signal par la sortie de signal 4 du circuit de commande 3 à l'entrée de base du transistor 5. On excite ainsi le circuit oscillant et, par l'intermédiaire de la résistance 8 et du condensateur 7, on mesure le nombre résultant d'oscillations. S'il est établi qu'à la fois le transformateur 19 et l'actionneur piézoélectrique 1 sont aptes à fonctionner, on enregistre dans l'élément de mémoire 10 le nombre mesuré comme nombre de réfé5 rence. Au cours des opérations d'essai effectuées ultérieurement, on constatera l'existence d'un défaut par comparaison avec le nombre de référence si le nombre mesuré d'oscillations diffère du nombre de référence d'une valeur de tolérance. A cause des effets de vieillissement, l'inductance du transformateur 19 de même que la capacité de 10 l'actionneur piézoélectrique 1 peuvent varier en fonction du temps et la valeur de tolérance est choisie de préférence pour que les variations de paramètre liées au vieillissement des composants se situent à l'intérieur de la plage définie par l'amplitude de la tolérance. La figure 3a montre les chronogrammes d'une oscillation du 15 circuit oscillant. Le signal impulsionnel est représenté par le chronogramme S1. Pour ne pas rencontrer de perturbations de l'oscillation du circuit oscillant, pendant la mesure du nombre d'oscillations on n'applique aucun autre flanc de signal impulsionnel. Le chronogramme S2 représente le signal dans le cas d'un actionneur piézoélectrique non dé20 fectueux, le chronogramme S3 représente le signal résultant dans le cas d'un actionneur piézoélectrique entaché d'erreurs. On reconnaît les oscillations du circuit oscillant sur la base de la variation du signal impulsionnel S1. En cas d'actionneur piézoélectrique 1, non défectueux, le signal impulsionnel n'entraîne qu'une oscillation du circuit oscillant à une fré25 quence faible alors qu'un actionneur piézoélectrique défectueux produit une oscillation plus rapide dans la durée prédéterminée comprise entre un premier instant TI et un second instant T2. La différence du nombre d'oscillations résulte également de la capacité fortement réduite d'un actionneur piézoélectrique défectueux, se traduisant par une augmentation 30 de la fréquence mesurée. Une augmentation de la fréquence produit un nombre plus grand d'oscillations du circuit oscillant pendant la période prédéfinie. La figure 3b montre les amplitudes limitées des signaux des chronogrammes S2 et S3. Ces signaux d'amplitude limitée peuvent ainsi 35 être fournis à un microprocesseur sans mettre en danger son bon fonctionnement par les tensions appliquées. Le potentiel de seuil VT est représenté sous la forme d'une ligne en trait interrompu. La figure 4 montre les chronogrammes des signaux Si, S2, S3 mesurés. Le chronogramme S2 correspondant à un actionneur piézoélectrique non défectueux, présente une fréquence d'oscillations ralentie de manière significative par rapport à la courbe S3 du signal dans le cas d'un actionneur piézoélectrique défectueux 1. Il REVENDICATIONS 1 ) Procédé de détection d'un défaut d'un actionneur piézoélectrique (1) notamment d'un actionneur piézoélectrique (1) d'un générateur de son, selon lequel on forme un circuit oscillant à fréquence de résonance de s consigne avec la capacité de l'actionneur piézoélectrique (1), caractérisé en ce que on excite le circuit oscillant à l'aide d'un signal impulsionnel, on mesure la grandeur de l'oscillation du circuit oscillant et on estime qu'il y a un défaut si la grandeur mesurée de l'oscillation diffère de la grandeur de consi10 gne de l'oscillation. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme grandeur d'oscillation on définit le nombre d'oscillations à l'intérieur d'une fenêtre de temps prédéfinie et on compare le nombre d'oscillation à un nombre de référence correspondant à l'une des grandeurs d'oscillation de consigne pour constater le défaut. 3 ) Procédé selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce qu' on constate un défaut si le nombre d'oscillations mesurées diffère du nombre de référence de plus d'une valeur de tolérance. 4 ) Procédé selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu' on définit la grandeur de l'oscillation par la mesure d'une durée et on définit une valeur de seuil (VT) pour déterminer un flanc d'oscillations, la durée étant mesurée entre deux flancs d'oscillations. 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on constate un défaut si la durée mesurée diffère d'une durée de référence déterminée par la grandeur de consigne de l'oscillation de plus d'une valeur de tolérance. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on commande l'actionneur piézoélectrique (1) par un composant inductif (2) notamment un transformateur (19) et on forme le circuit oscillant avec l'inductance du composant inductif (2) et de la capacité de l'actionneur piézoélectrique (1). 7 ) Circuit de commande (3) d'un actionneur piézoélectrique selon lequel on prévoit une sortie de signal (4) pour émettre les signaux de commande utilisés pour le fonctionnement normal de l'actionneur piézoélectrique (1) , caractérisé en ce que on émet un signal impulsionnel par une sortie de signal (4) pour exciter le circuit oscillant formé avec l'actionneur piézoélectrique (1) pour que le circuit oscillant vibre selon une fréquence de résonance de consigne, le circuit de commande (3) ayant une entrée de signal (6) pour recevoir les oscillations du circuit oscillant, et le circuit de commande (3) mesurant une grandeur d'oscillation du circuit oscillant et constatant un défaut par comparaison avec une grandeur d'oscillation de consigne si la grandeur d'oscillation mesurée et la grandeur d'oscillation de consigne diffèrent l'une de l'autre. 8 ) Système d'actionneur piézoélectrique comportant un circuit de commande (3) selon la revendication 7 et un actionneur piézoélectrique (1) commandé par l'intermédiaire d'un composant inductif (2), caractérisé en ce que le circuit oscillant formé par l'actionneur piézoélectrique (1) et l'inductance 25 du composant inductif (2) est relié à l'entrée de signal (6) du circuit de commande (3). 9 ) Système d'actionneur piézoélectrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit de commande (3) est relié au circuit oscillant par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut (7, 8, 17).