Brevet FR2864722A1 — publié le 20050701

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de détermination de la force d'actionnement générée par un entraînement électrique notamment un moteur à courant continu commuté. Etat de la technique Dans la construction automobile on utilise de plus en plus des entraînements par moteurs électriques, par exemple pour les sièges, les vitres et les toits ouvrants, qu'il s'agisse de toits ouvrants coulissants ou de toits coulissants en verre. Pour entraîner de tels composants mobi- o les d'un véhicule on utilise des moteurs à courant continu dont la vitesse de rotation et l'état de charge doivent être saisis pour permettre de commander de manière appropriée l'entraînement électrique. Ainsi il est nécessaire de saisir des états de charge différents des moteurs d'actionneurs électriques réalisés sous la forme de moteurs à courant continu pour pro- téger les entraînements et les utilisateurs contre d'éventuelles coupures des moteurs. De tels états de charge sont en mode non perturbé par exemple l'atteinte de positions finales de l'entraînement, et en cas de fonctionnement perturbé, un frottement augmenté résultant de l'usure ou de l'influence de l'environnement, ou encore d'un obstacle introduit dans l'entraînement comme par exemple un d'utilisateur. De tels états de charge doivent être reconnus pour protéger à la fois l'utilisateur et l'entraînement électrique. La saisie d'un état de fonctionnement ou d'une variation de l'état de fonctionnement dans un système dans lequel il y a au moins un signal analogique correspondant à l'état de fonctionnement sera exposée ci-après comme suit: le signal analogique ou un signal dépendant de celui- ci est détecté pour générer un signal de détection. A partir d'un nombre de valeurs du signal détecté, on génère une distribution spectrale du signal de transformation représentatif que l'on compare ensuite à un si- gnal de référence représentant une distribution spectrale. Le signal de référence est obtenu à partir d'un signal de référence analogique représentant un état de fonctionnement à saisir. Le signal de référence peut être un signal de transformation généré à partir de valeurs de détection antérieures. Dans le cas d'un signal de transformation représentant une distribution spectrale et pour le signal de référence, il peut s'agir de signaux obtenus par une transformation rapide de Fourrier (transformation FFI}. Un dispositif pour saisir l'état de fonctionnement ou la variation de l'état de fonctionnement d'un système dans lequel il y a au moins un système analogique relatif à l'état de fonctionnement, comprend une installation de détection pour détecter le signal analogique et fournir le signal de détection. Il est en outre prévu une unité de transformation qui reçoit le signal de détection et génère un signal de transformation à partir d'un nombre N de valeurs de détection du signal de détection. Le dispositif comprend en outre un comparateur recevant le signal de transformation et qui compare le signal transformé à au moins un signal de l0 transformation de référence représentant une distribution spectrale et le comparateur fournit un signal d'état. Actuellement les actionneurs utilisés dans le domaine automobile appliquent le procédé suivant pour saisir la position et la dynamique de l'actionneur. On utilise des capteurs Hall (HIC) installés sur les moyens d'entraînement par exemple au niveau de l'axe du moteur ou à la sortie avec un aimant ou une bague magnétique. Un ou plusieurs capteurs Hall placés à proximité de l'aimant ou de la bague magnétique réagissent au champ généré et permettent de déterminer la position ou le sens de rotation et la vitesse de rotation de l'entraînement électrique. On utilise en outre des générateurs de rotation installés sur l'axe du moteur ou sur un composant de sortie et qui donnent la position relative ou la position absolue de l'entraînement électrique. Les entraînements électriques avec des balais génèrent une ondulation de courant liée à la commutation électrique. Cette ondulation est saisie à l'aide d'une résistance de mesure. L'exploitation des ondulations du courant permet de tirer des conclusions concernant l'angle de rotation relatif. Il est également possible d'identifier les encoches d'un en-traînement électrique par la prise de courant respective. Lorsqu'une encoche passe devant un balai de l'entraînement électrique, un court-circuit interne se traduit par la détection d'un courant plus intense qui peut s'exploiter par des moyens appropriés. Exposé de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini cidessus, caractérisé en ce qu' a) on saisit le courant pris Ii, I2 par l'entraînement électrique, b) on prend les spectres de fréquence, caractéristiques de la position de rotation de l'entraînement électrique, appliqués pendant les temps Ti, T2 d'une période Ttot, c) on distingue les spectres de fréquence dans une étape de transformation rapide de Fourrier FFT, et d) on détermine la vitesse de rotation n de l'entraînement électrique. En d'autres termes l'invention concerne un procédé de sai- s sie de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu selon lequel on exploite la prise de courant de l'entraînement électrique. Pour cela on utilise le fait que les variations de courant sont générées par le passage d'une encoche devant un balai de l'entraînement électrique. L'exploitation des ondulations de courant ainsi générées se fait dans une plage de temps. Par un filtre discret ou un filtre réalisé par calcul, on génère un signal discret du circuit ou obtenu par un algorithme et indiquant la présence d'une encoche. Les variations de courant sont relativement peu accentuées de sorte qu'une transformation, comme par exemple la transformation rapide de Fourrier (transformation FFT), peut les transformer dans la plage de fréquence. Les variations périodiquement répétées du courant occasionné par le passage des encoches devant les balais peuvent être représentées sous la forme d'une ligne spectrale. La position de cette ligne spectrale sur l'axe des fréquences est directement liée à la vitesse de rotation de l'entraînement électrique. Ce procédé d'exploitation permet d'obtenir la vitesse de rotation moyenne à partir des dernières périodes du signal. L'exploitation d'un spectre de fréquence de la tension du moteur obtenue par une transformation FFT, offre vis-à-vis d'autres pro-cédés tels que par exemple la saisie à l'aide de capteurs Hall ou de capteurs de rotation ou encore l'exploitation d'un comptage d'ondulation, l'avantage de nombreuses simplifications et une économie correspondante. Il ne faut aucun capteur ou ensemble de capteurs à installer sur le moteur électrique ou des composants associés à celui-ci. Cela se traduit par des simplifications significatives de la construction. Comme en outre l'électronique d'exploitation ne doit pas nécessairement se trouver au voi- sinage immédiat de l'entraînement, on peut ainsi envisager des conceptions centralisées ou décentralisées. Il est également possible d'envisager des extensions ou des transformations à posteriori de moteurs existants. Le procédé selon l'invention permet une identification des collecteurs sans perte de temps. En appliquant une tension on fait tourner l'entraînement électrique et le collecteur. Lorsque les collecteurs occupent une position directement en regard des balais, il y a réception de courant électrique donnant un spectre de fréquence caractéristique. Ce spectre de fréquence peut être identifié sans équivoque. Lorsque le moteur a continué à tourner et qu'une encoche est en regard d'un balai, cette situation donne un spectre de fréquence caractéristique pour la prise de courant. Le temps pendant lequel existe le premier spectre de fréquence (le collecteur est en regard du balai) et le temps pendant lequel on a le second spectre de fréquence (une encoche est en regard d'un balai) donne la période Ttot d'un pôle. On peut distinguer entre le premier et le second spectre de fréquence par une transformation FFT. Cette transformation rapide de fourrier peut se faire par exemple à l'aide d'un processeur numérique de signaux permettant de calculer cette transformation FFT en arrière-plan, I o pendant que par exemple il calcule les fonctions générales de l'appareil de commande en avant-plan et les exécute. L'établissement de la transformation FFT est beaucoup plus rapide que la fréquence prévisible de l'alternance des pôles. Il en résulte que la vitesse de rotation peut être exploitée avec une précision beaucoup plus élevée et pratiquement en temps réel; ces informations peuvent également être fournies à d'autres systèmes. Ces autres systèmes sont par exemple des algorithmes de protection contre le grippage de systèmes d'actionnement électrique tels que par exemple les systèmes de réglage de sièges, de réglage de colonnes de di-rection, de lève-glaces électriques, de toits ouvrants électriques ou systè- mes analogues. L'utilisation du procédé selon l'invention peut en outre être envisagée pour des systèmes électromoteurs de n'importe quel type comme par exemple des systèmes de réglage électriques avec saisie de vitesse de rotation et/ou positionnement, des systèmes de réglage ou d'actionnement électrique d'un véhicule, des appareils de commande de portières, des appareils de commande de sièges, des systèmes de distribution de puissance, des toits ouvrants, des moteurs de lève-glaces avec électronique intégrée et le cas échéant également pour des moteurs de toits ouvrants à électronique intégrée. 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 la position d'un collecteur directement en regard 35 d'un balai du moteur électrique, la figure 2 montre le positionnement d'une encoche entre deux collecteurs par rapport au balai du moteur électrique, - la figure 3 montre le premier spectre de fréquence obtenu pour la position du moteur électrique représenté à la figure 1, - la figure 4 montre le second spectre de fréquence obtenu pour une position de rotation du moteur électrique selon la figure 2. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un collecteur à plusieurs segments d'un moteur à courant continu à commutation. Le collecteur 30 du moteur 1 électrique, non représenté de manière détaillée, est monté sur un axe 32. L'axe 32 du moteur ainsi que le collecteur 30 tournent dans le sens des aiguilles d'une montre figurées par la référence 31. Le collecteur 30 selon la vue de la figure 2 se compose de six segments c'est-à-dire qu'il s'agit d'un collecteur à six pôles. Les différents segments sont séparés les uns des autres par des encoches. Dans la position de rotation du collecteur 30 représenté à la figure 1, un pre- mier segment de collecteur 33 est en regard d'un second balai de moteur 3. Le premier segment de collecteur 33 est séparé du second segment de collecteur 35 par une première encoche 34; le second segment de collecteur est séparé du segment de collecteur suivant du collecteur 30 par une seconde encoche 36. Un premier balai 2 du moteur et un second balai 3 sont reliés par des lignes d'alimentation 5, 6 à une source de tension figurée par une référence 37. Lorsque selon la figure 1, la source de tension 37 est reliée au moteur électrique 1 et qu'une tension est ainsi appliquée au collecteur 30, le moteur électrique 1 tourne et avec lui le collecteur 30, dans le sens de rotation 31. Pendant l'intervalle de temps Ti au cours duquel le premier segment de collecteur 33 se trouve en regard du second balai 3 du moteur, on obtient par exemple le premier spectre de fréquence 40 représenté à la figure 3. Le premier spectre de fréquence 40 représenté à titre d'exemple à la figure 3 comprend par exemple plusieurs petits maximums ou maximum relatifs 41, 42, 44 ainsi qu'un maximum absolu 43. Pour le premier spectre de fréquence 40 représenté à la figure 3, il s'agit d'un exemple arbitraire d'un spectre de fréquence produit lorsqu'un segment de collecteur passe sur un balai de moteur. Dans la vue de la figure 2, on a représenté une autre posi- tion de rotation du moteur électrique 1; dans cette position une encoche est en regard d'un balai de moteur du moteur ou entraînement électrique. Selon la vue de la figure 2, le collecteur 30 est composé de six segments de collecteur tournés dans le sens des aiguilles d'une montre 31. Ainsi la première encoche 34 située entre le premier segment de col- lecteur 33 et le second segment de collecteur 35, se trouve en regard du second balai 3 du moteur. Pendant l'intervalle de temps T2 au cours du- quel la première rainure 34 passe devant le second balai 3 du moteur, on obtient le second spectre de fréquence 45 représenté à titre d'exemple à la figure 4. Cela est parfaitement identifiable et on peut également avoir plu-sieurs maximum 46, 48, 49 ainsi qu'un maximum absolu 47. L'élément décisif est que le premier spectre de fréquence 40 et le second spectre de fréquence 45 se distinguent l'un de l'autre sans to équivoque. Grâce aux différences entre le premier spectre de fréquence 40 et le second spectre de fréquence 45 on peut identifier précisément lorsqu'une encoche 34, 36 et qu'un segment de collecteur 33, 35 du col-lecteur 30 passe devant l'un des deux balais 2, 3 du moteur électrique 1. Si l'on suppose connu le nombre de pôles du moteur électrique (dans le cas du moteur représenté aux figures 1 et 2 on a un moteur électrique 1 à 6 pôles) on obtient également le nombre d'encoches 34, 36 séparant les différents segments du collecteur 30. A partir de la somme de Tl et T2 on obtient la période Ttot d'un pôle. La vitesse de rotation n de l'entraînement électrique 1 peut dans ce cas se déterminer à partir de la somme de Tl correspondant à la durée d'application du spectre de fréquence 40 et de T2 correspondant à la durée d'application du second spectre de fréquence 45. Une rotation du collecteur 40 correspond à un passage de 6 pôles et des encoches intermédiaires devant l'un des balais 2 ou 3 de l'entraînement électrique 1. La période Ttot d'un pole de la machine électrique se détermine par la somme de la durée d'application du premier spectre de fréquence 40 et de la du-rée d'application T2 du second spectre de fréquence 45. Dans le cas d'un entraînement électrique 1 à 6 pôles, la durée totale pour une rotation complète du collecteur 30 correspond à 6 x Ttot. Si l'on connaît la période Ttot, on calcule la vitesse de rotation n de l'entraînement 1 à partir de l'inverse de 6 x Ttot c'est-à-dire par n = 1/6 x Ttot. On peut distinguer entre le premier spectre de fréquence 40 et le second spectre de fréquence 45 par exemple à l'aide d'une transfor- mation rapide de Fourrier (transformation FFT). Cette transformation peut s'effectuer par exemple dans un processeur numérique de signal DSP permettant de calculer en arrière-plan une transformation FF, pendant que par exemple dans l'avant-plan on calcule de manière générale des fonctions pour l'appareil de commande et on les exécute. L'établissement d'une transformation dans l'étape FFT est beaucoup plus rapide que la fréquence prévisible de changement de pôle. A l'aide de la transformation FFT, on peut amplifier un signal répété de manière cyclique. Dans le pro- cédé proposé, la transformation ne saisit pas la vitesse de rotation sur plusieurs répétitions d'encoches, mais à partir du changement entre l'état encoche et l'état non-encoche . L'alternance continue entre encoche et non-encoche représente le signal à répétition cyclique qui sera amplifié dans le cadre de la transformation FFT. ]o Les avantages qui en résultent sont ceux d'une identification garantie de l'état de rainure de l'état non-rainure et dans le cas extrême il est même possible de déterminer la vitesse de rotation à partir d'une paire rainure / non-rainure . En outre on peut saisir l'angle de rotation en comptant les rainures et les non-rainures. Dans le présent contexte, on obtient le premier spectre de fréquence 40 ou le second spectre de fréquence 45 qui se distinguent l'un de l'autre par des types de contact différents. Lorsqu'un segment de collecteur appartenant au collecteur 30 passe sur les contacts glissants formés par des balais de moteur 2 ou 3, on génère de manière caractéristique un spectre. La génération des spectres de fréquence 40 ou 45 peut se distinguer sans équivoque, ce qui permet de les identifier et de savoir s'il s'agit d'un spectre de fréquence rainure ou d'un spectre de fréquence nonrainure . Du fait de la vitesse élevée exécutant la transformation FFT, on peut déterminer avec une grande précision la vitesse de rotation de l'entraînement électrique 1 pour l'exploiter immédiatement, et l'appliquer à d'autres systèmes. Ces autres systèmes qui peuvent recevoir une telle in-formation sont par exemple des algorithmes de protection contre le pincement pour des systèmes de réglages électriques, des systèmes de réglage de sièges, des systèmes de réglage de colonnes de direction, des lève-vitres électriques, des toits ouvrants électriques ou des moyens analogues. En outre on peut injecter d'une manière fortement ohmique une fréquence dans l'entraînement électrique 1 et suivant la position de l'induit de l'entraînement électrique 1 on décale le spectre. Ce procédé reconnaît à partir d'un entraînement électrique même non alimenté 1, la détection de l'angle de rotation en fonction des encoches de l'induit. En outre par une injection fortement ohmique du signal, on ne déplace pas l'entraînement électrique 1. Cette procédure utilise, contrairement au pro-cédé connu, non seulement la variation de résistance électrique entre rainure et non-rainure , mais également les composantes d'inductance L et de capacité C différentes entre encoche et non- encoche . NOMENCLATURE 1. Entraînement électrique 40. Premier spectre de fréquence 2. Premier balai du moteur 41. Premier maximum 3. Second balai du moteur 42. Second maximum 5. Première ligne d'alimentation 43. Maximum absolu 6. Seconde ligne d'alimentation 44. Quatrième maximum 45. Second spectre de fréquence 46. Premier maximum to 47. Maximum absolu 48. Troisième maximum 49. Quatrième maximum 30. Collecteur 31. Sens de rotation 32. Axe moteur 33. Premier segment de collecteur 34. Première rainure 20 35. Second segment de collecteur 36. Seconde rainure 37. Source de tension I1 Courant dans la ligne d'alimentation 5 I2 Courant dans la conduite d'alimentation 6 Ti Durée d'application d'un premier spectre de fréquence T2 Durée d'application d'un second spectre de fréquence Ttot Durée de la période 2864722 10 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de détermination de la force d'actionnement générée par un entraînement électrique (1) notamment un moteur à courant continu commuté, caractérisé en ce qu' e) on saisit le courant pris Il, I2 par l'entraînement électrique (1), f) on prend les spectres de fréquence (40, 45), caractéristiques de la position de rotation de l'entraînement électrique (1), appliqués pendant les temps Tl, T2 d'une période Ttot, l0 g) on distingue les spectres de fréquence (40, 45) dans une étape de transformation rapide de Fourrier FFT (8), et h) on détermine la vitesse de rotation n de l'entraînement électrique (1). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue la transformation FFT dans un processeur numérique de signal (38). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de la transformation FFT est supérieure à la fréquence de l'alternance prévisible des pôles (33, 35) de l'entraînement électrique (1). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier spectre de fréquence (40) correspond à une position de rotation du collecteur (30) de l'entraînement électrique (1) pour laquelle au moins un segment de collecteur (32, 35) est en regard d'au moins un balai (2, 3) du moteur. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second spectre de fréquence (45) correspond à une position de rotation du collecteur (30) de l'entraînement électrique (1) pour laquelle au moins une encoche (34, 36) du collecteur (30) est en regard d'au moins un balai (2, 3) du moteur. 6 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier spectre de fréquence (40) est appliqué pendant le temps Ti. 7 ) Procédé selon la revendication 5, 5 caractérisé en ce que le second spectre de fréquence (45) est appliqué pendant le temps T2. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 1 o on injecte un signal fortement ohmique pour identifier les segments de collecteur dans l'entraînement électrique (1). 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on injecte un signal fortement ohmique pour identifier les segments de collecteur dans l'entraînement électrique (1) lorsque le moteur est à l'arrêt. 10 ) Application du procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9, à des systèmes de réglage électrique avec saisie de la vitesse de rota- tion et positionnement, des appareils de commande de portes, des appareils de commande de sièges de véhicule à réglage électrique, des toits ouvrants, des moteurs de lève-glaces à électronique intégrée et des moteurs de toits ouvrants à électronique intégrée.