Brevet FR2854007A1 — publié le 20041022

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation et un procédé pour réguler un générateur électrique dans un réseau embarqué comprenant un générateur, un régulateur, une batterie et une charge susceptible d'être commutée. Etat de la technique Les réseaux embarqués de véhicules automobiles sont généralement alimentés à partir d'une batterie ou accumulateur et d'un générateur. Un réseau embarqué caractéristique de véhicule automobile 10 est connu selon le document DE 102 04 195.4. Il est représenté schématiquement à la Figure 1. Un tel réseau embarqué comprend un générateur, un régulateur de générateur, une batterie, ainsi que plusieurs utilisateurs. Lorsqu'on branche un utilisateur supplémentaire, le régulateur augmente la puissance fournie par le générateur à l'aide d'un si15 gnal DF. Il s'agit d'un signal de régulation qui définit l'excitation du générateur. Cela augmente le couple de freinage agissant sur le moteur du véhicule. Or précisément à régime relativement bas (vitesse de rotation relativement basse du moteur) comme notamment au ralenti, cela peut se traduire par un effondrement du régime jusqu'au calage du 20 moteur. Pour éviter un tel effondrement du régime, il est connu de réguler la puissance fournie par le générateur à l'aide d'une fonction dite charge/réponse. Pour cela lors du branchement d'un consommateur électrique, on maintient le courant d'excitation et ainsi la puissance de sortie du générateur à un niveau tout d'abord constant par le régula25 teur. L'alimentation du consommateur qui vient d'être branché est tout d'abord assurée par la batterie qui fonctionne ainsi comme réserve ou tampon. Ensuite, on augmente l'excitation du générateur sur une fonction de rampe, c'est-à-dire avec une constante de temps croissante pour relever la puissance de sortie du générateur au niveau requis. On évite 30 ainsi une trop forte augmentation de l'effet de freinage du générateur sur le moteur. D'un autre côté, du fait de la puissance insuffisante fournie par le générateur, notamment en cas de puissance insuffisante de la batterie, on peut avoir des effondrements de tension dans le réseau électrique embarqué. La coupure d'un consommateur électrique, notamment d'un consommateur électrique de forte puissance, conduit inversement à la décharge du générateur et ainsi à une variation brusque positive du couple au niveau du générateur. Cela se traduit à son tour par une s augmentation du régime du moteur et lié à cette augmentation, un fonctionnement irrégulier du moteur. De plus la tension de sortie du générateur augmente. Pour éviter l'influence du générateur sur le moteur tout en conservant une tension aussi stable que possible du réseau embarqué, le document rappelé ci-dessus prévoit des moyens permet10 tant de modifier brusquement le rendement du générateur en réponse au branchement ou à la coupure d'un consommateur. En particulier, les moyens sont réalisés pour réguler le rendement tenant compte de la charge appliquée au générateur ou du régime du moteur. La limitation de la pente du couple lors du branchement S5 d'un consommateur électrique peut se faire selon le document DE 198 275 56 Ai ou P 049 61 85 Ai en limitant la pente de la montée du courant d'excitation du générateur ou en augmentant le rapport moyen entre la durée de branchement et la durée de coupure (rapport de travail). Dans les deux cas, du fait de la vitesse de régulation limitée, il faut prendre en compte un effondrement provisoire de la tension. Cela détériore la stabilité de la tension du réseau embarqué. La différence entre l'évolution du courant de sortie du générateur en fonction d'une part du courant d'excitation et d'autre part du couple corres25 pondant fait que pour des régimes différents, même si pour un taux de variation fixé du courant d'excitation on rencontre des variations de couple accentuées de manière très différente. Il en résulte par exemple, lors de l'adaptation au cas le plus défavorable de l'augmentation du couple, dans les autres plages que la limitation de l'augmentation est 30 inutilement forte, ce qui se traduit de nouveau par le retard à la recharge de la batterie. Or cela entraîne des durées inutilement longues de l'effondrement de la tension, important du réseau embarqué. Une conception laissant la priorité à la stabilité de la tension conduit, dans le cas limite, à des difficultés de stabilité de la vi35 tesse de rotation. Un autre inconvénient des solutions connues est qu'à un faible régime, une réduction rapide de la vitesse de rotation, passant de la valeur n2 à la valeur ni pour une charge électrique constante nécessite l'augmentation du courant d'excitation du générateur. La limitation de la vitesse d'augmentation du courant d'excitation aboutirait 5 dans ce cas à un effondrement de la tension car pour une vitesse de rotation réduite, le générateur ne pourra fournir initialement qu'un courant significativement plus faible. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in10 convénients et concerne à cet effet une installation du type défini cidessus caractérisée en ce que l'installation comprend dans une mémoire un champ de caractéristiques, dans laquelle sont enregistrés les paramètres de fonctionnement du générateur, des moyens de mesure pour mesurer les paramètres de fonctionnement actuels du générateur, 15 et en outre des moyens de comparaison pour comparer les paramètres de fonctionnement actuels obtenus par mesure et les paramètres de fonctionnement enregistrés en mémoire, et finalement des moyens de commande pour commander le générateur dans le sens des paramètres de fonctionnement en mémoire. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le champ de caractéristiques contient comme paramètres de fonctionnement du générateur les grandeurs suivantes: couple du générateur et vitesse de rotation du générateur et/ou les relations 25 fonctionnelles entre ces grandeurs. - le champ de caractéristiques contient comme paramètres de fonctionnement du générateur les grandeurs suivantes: couple du générateur, vitesse de rotation, courant d'excitation et/ou les relations fonctionnelles entre ces grandeurs. - les moyens de commande comprennent les moyens de commutation reliés à un enroulement de champ de courant d'excitation du générateur. - les moyens de commutation (4a) sont modulés en largeur d'impulsion. - les paramètres de fonctionnement sont enregistrés en mémoire dans le régulateur. - elle est réalisée sous la forme d'un circuit intégré monolithique. - les paramètres de fonctionnement sont enregistrés en mémoire en dehors du régulateur. - elle comprend une interface par laquelle peuvent être chargés dans le régulateur les paramètres de fonctionnement enregistrés en dehors du régulateur. L'invention concerne également un procédé de régulation 10 du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on enregistre dans une mémoire un champ de caractéristiques des paramètres de fonctionnement du générateur en particulier, la vitesse de rotation du générateur et le couple du générateur, pendant le fonctionnement de générateur on mesure les valeurs actuelles des paramètres de fonctionnement tel que 15 notamment la vitesse de rotation et le courant d'excitation du générateur, on compare ces valeurs de mesure aux valeurs enregistrées dans la mémoire (champ de caractéristiques K), et on fournit un signal de régulation au générateur en fonction des valeurs de comparaison. Avantageusement pour le procédé, on fournit un signal 20 de régulation au générateur, qui modifie le courant d'excitation du générateur conduisant pas encore à une variation inacceptable du couple du générateur. De plus on produit la variation du courant d'excitation du générateur par des moyens de commutation commandés par un si25 gnal à modulation de largeur d'impulsion. L'invention offre notamment l'avantage que la régulation du générateur adaptée de façon optimale à la situation particulière permet d'éviter dans une très large mesure les sauts de tension et de réaliser ainsi une plus grande stabilité du réseau embarqué notamment 30 vis-à-vis d'une tension de bord aussi constante que possible pour une charge variable. Cela s'applique à la fois lors du branchement de charge supplémentaire et lors de la décharge du réseau embarqué, par exemple lors de la coupure d'un ou plusieurs consommateurs. Il est avantageux d'avoir une très grande stabilité de la tension à la fois pour la sécurité 35 de fonctionnement du réseau embarqué et ainsi celle du véhicule. Cela est notamment vrai pour des consommateurs sensibles à la tension. Il est particulièrement important d'avoir une très forte stabilité du réseau embarqué même à des températures ambiantes extrêmes, notamment aux températures très basses en hiver lorsque le réseau embarqué est 5 très fortement sollicité. La solution, selon l'invention, permet de manière essentielle, de recharger la batterie toujours aussi régulièrement que possible et sans retard malgré les fortes variations de charge. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 10 plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma simplifié d'un réseau embarqué d'un véhicule automobile. - la figure 2 montre dans un champ de caractéristiques, les valeurs 15 mises en mémoire des paramètres de fonctionnement d'un générateur. - la figure 3 (se composant des Figures 3a, 3b, 3c) montre les paramètres de fonctionnement d'un générateur tel que la charge de la tension et le couple en fonction du temps. - la figure 4 (composé des Figures 4a, 4b, 4c, 4d) montre les paramètres de fonctionnement d'un générateur en fonction du temps pour une réduction de la vitesse de rotation. - la figure 5 montre dans un diagramme, le courant du générateur en fonction de la vitesse de rotation. - la figure 6 montre un diagramme du couple en fonction de la vitesse de rotation. Description d'un mode de réalisation de l'invention: La présente invention évite, dans une très large mesure, les inconvénients de l'art antérieur, ce qui se traduit par une plus 30 grande robustesse du réseau embarqué et en particulier une plus grande stabilité de la tension du réseau embarqué. Selon l'invention, une mémoire associée au régulateur du générateur contient l'évolution avantageuse du courant du générateur en fonction de la vitesse de rotation du générateur de préférence sous la forme d'un champ de carac35 téristiques. Le point de fonctionnement actuel du générateur se définit par la mesure de la vitesse de rotation et du courant d'excitation; ce point de fonctionnement est comparé aux données comprises dans le champ de caractéristiques. Par cette comparaison, on peut déterminer de manière simple la variation du courant d'excitation qui, pour la vi5 tesse de rotation actuelle, ne conduit pas encore à une variation de couple de niveau inacceptable. Ce courant d'excitation est réglé alors de manière préférentielle. La figure 1 montre le schéma simplifié d'un réseau embarqué 10 d'un véhicule automobile. Le réseau embarqué 10 comprend 10 un générateur 1, une batterie 2 ainsi que plusieurs consommateurs susceptibles d'être branchés. Ces consommateurs sont représentés globalement à la Figure 1 sous la forme de la charge 3. Un régulateur 5 permet de réguler le générateur 1. La figure 1 montre en outre une installation 4 qui peut 15 avantageusement faire partie du régulateur 5. Cette installation 4 permet de recevoir différents signaux DF, n, VM. Le signal DF est un signal de régulation par lequel on définit l'excitation du générateur 1. Le signal n correspond à la vitesse de rotation (régime) du moteur; le signal VM peut être un signal de commande déduit par la gestion de consomma20 tion du moteur. L'installation 4 comprend de préférence des moyens de commutation tels que par exemple un transistor de puissance avec un circuit de commande approprié branché en série sur les enroulements de champ d'excitation du générateur 1 et qui peut être modulé en largeur d'impulsion. En actionnant ces moyens de commutation, on com25 mande la tension de sortie du générateur 1. La figure 2 montre de manière schématique les valeurs des paramètres de fonctionnement enregistrées dans un champ de caractéristiques K comme par exemple le couple de la vitesse de rotation n d'un générateur 1. En outre, dans un tel champ de caractéristiques K 30 on peut également enregistrer les paramètres de fonctionnement du générateur 1 qui représentent une relation encore plus complexe entre ces paramètres de fonctionnement. C'est ainsi qu'un tel champ de caractéristiques K peut également contenir de préférence le couple du générateur en fonction de la vitesse de rotation et de l'excitation (courant 35 d'excitation). Ces données du champ de caractéristiques K peuvent être par exemple préprogrammées dans le régulateur 5 du générateur 1. En variante, on peut également les enregistrer dans une mémoire appropriée à l'extérieur du régulateur 5 et les charger dans le régulateur 5 en fonction des besoins. Le régulateur 5 comprend pour cela une interface correspondante de données. Le courant d'excitation du générateur 1 et sa vitesse de rotation sont mesurés en permanence dans le régulateur 5 du générateur 1. Ces paires de valeurs de mesure ou une grandeur représentant ces valeurs de mesures sont alors mémorisées avant que l'on détermine 10 la paire suivante de valeurs de mesure. La paire de valeurs de mesure obtenue dans l'opération de mesure suivante se distinguera suivant la variation de la vitesse de rotation d'état de charge du générateur 1 plus ou moins fortement des valeurs précédemment mesurées. Puis dans le régulateur 5 du générateur 1, on compare les valeurs de mesure. Cette 15 procédure sera décrite ultérieurement en référence à la Figure 3 des dessins. La figure 3 (comprenant les figures 3a, 3b et 3c) montre dans différents diagrammes, les paramètres de fonctionnement d'un générateur 1 tel que la charge, la tension et le couple en fonction du 20 temps t. Cette représentation permet de décrire le comportement du générateur 1 lors du branchement d'une charge supplémentaire. Comme le montre la Figure 3a, le réseau embarqué 10 est relié à une charge LI à partir de l'instant t = 0. A l'instant ti, on branche une charge supplémentaire de sorte que le réseau embarqué 25 est sollicité par la charge L2. Cela signifie qu'à l'instant tl, la charge du réseau embarqué augmente brusquement du niveau LI au niveau L2. A la Figure 3a, on a représenté la tension de sortie du générateur 1 en fonction du temps t. Sous la sollicitation de la charge Li, le générateur fournit une tension de sortie SI. Après le branchement de la charge 30 supplémentaire, à l'instant tI, la tension du générateur diminue brusquement jusqu'à la valeur S2. Le régulateur 5 a tendance à maintenir aussi constante que possible la tension S du réseau embarqué 10 et cherche ainsi à compenser cet effondrement de tension passant du niveau Si au niveau S2 par une augmentation du courant d'excitation du 35 générateur 1. Cela peut s'obtenir avantageusement par un moyen de commutation 4 commuté en série dans l'enroulement de champ d'excitation du générateur 1 par des impulsions, c'est-à-dire avec modulation de largeur d'impulsion. Le moyen de commutation 4a est prévu avantageusement 5 également dans le régulateur 5. Si la variation des valeurs de mesure résultant de la comparaison de valeurs de mesure successives par rapport aux valeurs mémorisées dans le champ de caractéristiques K pour les paramètres de fonctionnement et la différence de temps concernés sont supérieures à une valeur obtenue à partir d'un taux de variation 10 prédéfini, autorisé, on réduit de nouveau l'excitation du générateur 1, par exemple par la réduction de la durée de branchement suivante. Lors de la mesure suivante, il apparaît éventuellement que la diminution de l'excitation du générateur qui s'est produite précédemment donne une variation inférieure à ce qui est autorisé. Dans ce cas, le régulateur 15 augmente de nouveau l'excitation du générateur. Comme le montre la Figure 3, les mouvements décrits ci-dessus se répètent jusqu'à ce que sensiblement à l'instant t2, on soit revenu à la tension SI. La pente moyenne de l'augmentation de couple (Figure 3c) correspond ainsi à la valeur prédéterminée. Le cas de l'abaissement de la vitesse de rotation sera décrit à l'aide de la figure 4 (cette figure se compose des Figures 4a, 4b, 4c, 4d). Le diagramme de la Figure 4a représente l'évolution de la vitesse de rotation en fonction du temps ou chronogramme de la vitesse de rotation en fonction du temps. Le diagramme de la Figure 4b montre 25 l'évolution de la tension en fonction du temps ou chronogramme de la tension en fonction du temps. Le diagramme représenté à la Figure 4c représente l'excitation du générateur 1 en fonction du temps ou chronogramme de l'excitation du générateur 1 et enfin le diagramme représenté la Figure 4d montre l'évolution du couple en fonction du temps ou 30 chronogramme du couple. Selon la figure 4a, la vitesse de rotation s'effondre sensiblement à l'instant ti à partir d'une valeur élevée ni pour atteindre peu de temps après la valeur plus faible n2. L'affaissement de la vitesse de rotation entraîne une diminution de la tension (Figure 4b) ainsi qu'une 35 diminution du couple (Figure 4d). Comme le montre en outre le dia- gramme représenté à la Figure 5, donnant le courant du générateur en fonction de la vitesse de rotation, l'effondrement de la vitesse de rotation se traduit également par une diminution du courant fourni par le générateur. Comme le montrent la Figure 5 et la Figure 6, représentant le 5 couple du générateur en fonction de la vitesse de rotation, le régulateur cherche à augmenter l'excitation du générateur avec la pente maximale; cette augmentation ne sera de nouveau limitée que si la variation des valeurs de mesure comme déjà présentée se situe au-dessus de la valeur déterminée à chaque fois. La détermination du couple actuel du générateur peut se faire de manière avantageuse également par un calcul explicite selon une relation fonctionnelle à l'aide d'un calculateur intégré dans le régulateur 5. Il est particulièrement avantageux de réaliser 15 l'installation sous la forme d'un circuit intégré monolithique. NOMENCLATURE 2 5 3 4b 10 DF n VM K Générateur Batterie Charge Installation Moyen de commutation Régulateur Réseau embarqué Signal Vitesse de rotation Signal Champ de caractéristiques il REVENDICATIONS 1 ) Installation pour réguler un générateur électrique (1) dans un réseau embarqué (10) comprenant un générateur (1), un régulateur (5), une batterie (2) et une charge susceptible d'être commutée (3), caractérisée en ce que l'installation comprend dans une mémoire un champ de caractéristiques (K), dans laquelle sont enregistrés les paramètres de fonctionnement du générateur (1), des moyens de mesure pour mesurer les paramètres de fonctionnement 10 actuels du générateur (1), et en outre des moyens de comparaison pour comparer les paramètres de fonctionnement actuels obtenus par mesure et les paramètres de fonctionnement enregistrés en mémoire, et finalement des moyens de commande pour commander le générateur (1) dans le sens des paramètres 15 de fonctionnement en mémoire. 20) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le champ de caractéristiques (K) contient comme paramètres de fonctionnement du générateur (1) les grandeurs suivantes: couple du générateur et vitesse de rotation du générateur et/ou les relations fonctionnelles entre ces grandeurs. 30) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le champ de caractéristiques (K) contient comme paramètres de fonctionnement du générateur (1) les grandeurs suivantes: couple du géné30 rateur, vitesse de rotation, courant d'excitation et/ou les relations fonctionnelles entre ces grandeurs. 40) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent les moyens de commutation (4a) reliés à un enroulement de champ de courant d'excitation du générateur (1). 50) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commutation (4a) sont modulés en largeur d'impulsion. 60) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les paramètres de fonctionnement sont enregistrés en mémoire dans le régulateur (5). 15 70) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est réalisée sous la forme d'un circuit intégré monolithique. 20 8 ) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les paramètres de fonctionnement sont enregistrés en mémoire en de25 hors du régulateur (5). 90) Installation pour réguler un générateur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comprend une interface par laquelle peuvent être chargés dans le régulateur (5) les paramètres de fonctionnement enregistrés en dehors du régulateur (5). 100) Procédé de régulation d'un générateur électrique (1), 35 caractérisé en ce qu' on enregistre dans une mémoire un champ de caractéristiques (K) des paramètres de fonctionnement du générateur (1), en particulier la vitesse de rotation du générateur (1) et le couple du générateur (1), pendant le fonctionnement de générateur (1) on mesure les valeurs ac5 tuelles des paramètres de fonctionnement tel que notamment la vitesse de rotation et le courant d'excitation du générateur (1), on compare ces valeurs de mesure aux valeurs enregistrées dans la mémoire (champ de caractéristiques K), et on fournit un signal de régulation au générateur (1) en fonction des va10 leurs de comparaison. 110) Procédé de régulation d'un générateur électrique (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on fournit un signal de régulation au générateur (1), qui modifie le courant d'excitation du générateur (1) conduisant pas encore à une variation inacceptable du couple du générateur (1). 120) Procédé de régulation d'un générateur électrique (1) selon la reven20 dication 10, caractérisé en ce qu' on produit la variation du courant d'excitation du générateur (1) par des moyens de commutation (4a) commandés par un signal à modulation de largeur d'impulsion.