Brevet FR2867910A1 — publié le 20050923

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour protéger un dispositif de commutation commandé par un dispositif de commande, au moyen desquels un entraînement électrique peut être déconnecté au cours d'une impulsion de surtension produite par une perte de charge (de l'anglais Ioad dump ) dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur, le courant de l'entraînement montant jusqu'à une valeur maximale pendant la durée de l'impulsion de surtension dans un premier intervalle de temps et redescendant dans un deuxième intervalle de temps qui suit le premier intervalle de temps. Dans des conditions particulières de fonctionnement, des augmentations de tension limitées dans le temps peuvent se produire dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur. Par exemple, une cause de ces augmentations de tension peut être un phénomène appelé perte de charge, c'est-à-dire une coupure de la connexion entre la génératrice électrique et l'accumulateur du véhicule au cours du processus de charge. La génératrice réagit à la diminution subite de charge par une augmentation de tension dont la valeur et l'allure dépendent essentiellement de la vitesse de rotation de la génératrice et du genre de la coupure. Une augmentation de tension sous forme d'impulsion est caractéristique pour une perte de charge. Sa cause est par exemple une fixation imparfaite, une oxydation de la borne de batterie, ou bien la rupture d'une ligne. La séparation de la batterie du réseau de bord d'un véhicule à moteur est critique pour les unités électroniques connectées à ce réseau car il peut se produire des transitions de tension présentant des valeurs maximales allant jusqu'à 100 V. En plus d'être critique pour la protection des unités électroniques, la déconnexion de la batterie peut être également critique en ce qui concerne la sécurité. Un lève-vitre électrique en service ou l'entraînement d'un toit ouvrant doivent pouvoir être déconnectés dans n'importe quel état de fonctionnement de sorte que le danger d'être blessé par coincement est pratiquement exclu. Pour cette raison, des dispositifs connus de lève-vitres à entraînement externe et d'entraînements de toit ouvrant visent à déconnecter le moteur immédiatement après la reconnaissance d'une perte de charge. La déconnexion est souvent effectuée par un relais. Cependant, immédiatement après la montée de la tension, le moteur accélère et absorbe un courant plus élevé. Si la déconnexion a lieu dans la phase initiale de l'impulsion de surtension, il est possible qu'un arc électrique se forme au cours du processus de déconnexion sur les contacts du relais qui s'ouvre en raison de l'augmentation de la tension et du courant moteur. Dans une réalisation simple du relais, il peut même arriver que les contacts du relais fondent à cause de l'effet thermique et que le dispositif de commutation tombe en panne. La protection contre le coincement exigée par la technique de la sécurité de l'entraînement de commande à actionnement externe n'est alors plus assurée. Afin de protéger des sous-groupes situés dans un réseau de bord d'un véhicule à moteur contre des surtensions, on connaît des composants particuliers, par exemple des varistances. Non seulement leur utilisation nécessite de l'espace de montage supplémentaire mais, de plus, celle-ci est souvent écartée dans la technique de l'automobile en raison des frais. Afin de protéger dans un réseau de bord d'un véhicule à moteur des composants électroniques contre des surtensions transitoires sans devoir utiliser des dispositifs de protection additionnels, on propose dans le document US 200210149261 Al un dispositif de commande présentant une construction particulière. Ce dispositif de commande surveille constamment le réseau de bord relativement à des surtensions. Si la tension de bord dépasse une valeur de tension limite prédéterminée, des consommateurs tels que les bougies de réchauffage, le chauffage des sièges ou le dispositif de chauffage de la lunette arrière sont connectés au réseau de bord. Grâce cette charge du réseau de bord artificielle et commandée de façon centrale, l'impulsion de surtension causée par une perte de charge est contrecarrée. Cette mesure de protection suppose cependant que des consommateurs additionnels soient présents et encore disponibles pour être connectés lors de l'apparition de la surtension. L'invention a pour objectif de fournir un procédé et un dispositif pour protéger un dispositif de commutation dans un véhicule à moteur qui peuvent être réalisés à moindres frais et qui sont indépendants d'un dispositif de commande central et spécialement aménagé. Cet objectif est atteint par un procédé pour protéger un dispositif de commutation commandé par un dispositif de commande au moyen duquel un entraînement électrique peut être déconnecté pendant la durée d'une impulsion de surtension produite par une perte de charge dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur, le courant de l'entraînement montant jusqu'à une valeur maximale pendant la durée de l'impulsion de surtension au cours d'un premier intervalle de temps et redescendant, au cours d'un deuxième intervalle de temps qui suit le premier intervalle de temps, remarquable en ce qu'il comporte les étapes de procédé suivantes: a) reconnaissance d'une perte de charge en captant une valeur de tension limite dans le réseau de bord au moyen du dispositif de commande, b) déconnexion de l'entraînement électrique dans le cas d'une perte de charge à un instant consigné par le dispositif de commande, cet instant étant situé après le premier intervalle de temps. De préférence, le procédé selon l'invention comporte une ou plusieurs des 5 caractéristiques suivantes prises en combinaison: - la déconnexion est effectuée au cours du deuxième intervalle de temps. - la déconnexion est effectuée après le deuxième intervalle de temps et au cours de la durée de l'impulsion de surtension. - le dispositif de commutation comprend un relais inverseur et la déconnexion est effectuée par l'excitation d'une bobine de relais. L'invention se rapporte également à un dispositif pour la protection d'un dispositif de commutation commandé par un dispositif de commande qui déconnecte un entraînement électrique pendant la durée d'une impulsion de surtension produite par une perte de charge dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur, le courant de l'entraînement montant, pendant la durée de l'impulsion de surtension, jusqu'à une valeur maximale au cours d'un premier intervalle de temps et redescendant, au cours d'un deuxième intervalle de temps qui suit le premier intervalle de temps, caractérisé en ce que le dispositif de commande est agencé de telle façon que l'instant de déconnexion est choisi à l'intérieur de la durée de l'impulsion de surtension mais après l'instant d'apparition de la valeur maximale. De préférence, le dispositif selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises en combinaison: - l'instant de déconnexion est situé dans le deuxième intervalle de 25 temps; - l'instant de déconnexion est situé après la fin du deuxième intervalle de temps et avant la fin de l'impulsion de surtension; - le dispositif de commande comporte un micro-contrôleur et une mémoire dans laquelle la valeur de l'instant de déconnexion est enregistrée; - l'entraînement électrique est placé dans une branche diagonale d'un circuit en pont, le dispositif de commutation est formé par un relais inverseur double comportant deux éléments de contact mobiles, le courant d'entraînement passe par ces éléments de contact, l'un des éléments de contact étant retenu par un ressort de contact dans une position de repos en s'appuyant sur un contre contact, et le processus de déconnexion est effectué par l'ouverture électrodynamique dudit élément de contact contre la force élastique du ressort de contact; - les éléments de contact et des contacts opposés fixes, entre lesquels les éléments de contact peuvent être commutés respectivement, sont renfermés dans un boîtier commun; - l'entraînement électrique fait partie d'un lève-vitre à entraînement 5 externe; l'instant de déconnexion est situé dans un intervalle de temps compris entre 100 millisecondes et 400 millisecondes après le commencement de l'impulsion de surtension. Ainsi, il est prévu selon l'invention de ne pas déconnecter un entraînement électrique immédiatement après la reconnaissance d'une impulsion de surtension mais d'attendre jusqu'à ce que les phénomènes transitoires soient terminés et que le régime du moteur se soit sensiblement adapté à la surtension pour réalisée la déconnexion. Lorsque la déconnexion n'est pas effectuée au cours du premier intervalle de temps dans lequel le moteur absorbe un courant toujours croissant, mais avec un certain retard lorsque le courant d'entraînement diminue ou, respectivement, a déjà diminué, les exigences fixées aux éléments de commutation du dispositif de commutation se trouvent diminuées. L'instant de déconnexion optimal peut être déterminé spécifiquement lors de la construction de l'entraînement, selon des exigences de sécurité et le genre de l'entraînement. La valeur déterminée peut être enregistrée dans un dispositif de commande et peut être consignée lors d'une perte de charge au dispositif de commutation pour l'entraînement à déconnecter. Dans un lève-vitre électrique, la valeur de ce courant de coupure est située environ 20% au-dessus de la valeur du courant moteur à l'état stabilisé. Si le dispositif de commutation est un relais électrodynamique, la déconnexion retardée selon l'invention peut éviter de manière substantielle la formation d'un arc électrique entre les contacts qui s'ouvrent. Il est alors possible d'utiliser des relais plus économiques. Le danger que des contacts du relais fondent ensemble, danger critique du point de vue sécurité, est pratiquement exclu. Le procédé selon l'invention peut donc être caractérisé par des étapes de procédé suivantes: a) reconnaissance d'une perte de charge en captant une valeur de tension limite dans le réseau de bord par le dispositif de commande; b) déconnexion, dans le cas d'une perte de charge, de l'entraînement électrique au cours de la durée de l'impulsion de surtension à un instant de déconnexion situé après le premier intervalle de temps et consigné par le dispositif de commande. Selon l'invention, l'instant de déconnexion consigné par le dispositif de commande est choisi de telle manière que, d'une part, les éléments de commutation ne soient pas surchargés et que, d'autre part, la déconnexion s'effectue assez rapidement dans des cas d'application critiques pour la sécurité. La réalisation de l'invention ne demande pas de composants additionnels mais elle est réalisée de manière peu onéreuse par une conception correspondante du logiciel du dispositif de commande. L'invention peut également être réalisée avec du matériel déjà existant à peu de frais. On préfère un instant de déconnexion au cours d'un intervalle de temps dans lequel le courant d'entraînement diminue, c'est-à-dire que l'entraînement termine la phase d'accélération ou, respectivement, a déjà terminé cette phase. Ceci diminue d'une part le courant de coupure et d'autre part, la déconnexion s'effectue encore assez rapidement dans les cas d'applications critiques pour la sécurité. Dans des cas moins critiques du point de vue sécurité, il peut également être avantageux que la déconnexion soit encore retardée et ne soit effectuée qu'après le deuxième intervalle de temps mais encore au cours de la durée de l'impulsion de surtension. Dans cet intervalle de temps, l'entraînement a terminé la phase d'accélération provoquée par la surtension et le courant d'entraînement sert exclusivement à surmonter le couple résistant. En raison du courant de coupure peu élevé, on peut utiliser un relais particulièrement peu onéreux. Lorsque l'entraînement est disposé dans la branche diagonale d'un circuit en pont et que le dispositif de commutation est réalisé par un relais inverseur double, il est avantageux d'effectuer la déconnexion de façon active par l'excitation d'une bobine de relais associée à une partie de contact mobile. Par rapport à la déconnexion d'une bobine de relais où l'ouverture des contacts du relais est réalisée exclusivement au moyen d'un ressort de contact mécanique, la procédure de déconnexion électrodynamique se déroule plus rapidement et diminue ainsi la charge des contacts du relais. L'invention sera expliquée dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de mode de réalisation en faisant référence aux figures annexées. Dans les figures: la fig. 1 montre un moteur connecté dans un circuit en pont, le dispositif de commutation étant réalisé par un relais inverseur double et commandé par un 30 dispositif de commande; la fig. 2 montre l'évolution dans le temps de la tension de bord d'un véhicule à moteur lors d'une perte de charge; la fig. 3 représente l'évolution dans le temps du courant de coupure d'un entraînement électrique en service au cours d'une perte de charge. La fig. 1 montre un exemple de mode de réalisation de l'invention qui est par exemple appliquée à un dispositif d'entraînement d'un lève-vitre électrique dans un véhicule à moteur. La référence 3 désigne un moteur à courant continu placé dans une branche diagonale 300 d'un circuit en pont d'un dispositif de commutation 5. Le circuit en pont est alimenté par le réseau de bord d'un véhicule à moteur, l'alimentation étant caractérisée dans la fig. 1 par UB et GND. Le moteur 3 peut être mis en fonctionnement dans les deux sens de rotation. L'inversion du sens de rotation est effectuée par un arrangement de contacts d'un relais inverseur 5. Dans le cas présent, une partie mobile de contact 1, respectivement 2, peut être commutée entre des contacts opposés fixes la et 1 b, respectivement 2a et 2b, qui sont placés dans les deux branches 100, 200 du pont. Selon la position des deux parties de contact mobiles 1 et 2, le courant d'entraînement passe, à la fig. 1, dans la branche diagonale 300 de droite à gauche ou, respectivement, de gauche à droite lorsque les deux parties de contact 1 et 2 sont commutées de manière correspondante. Le moteur 3 est à l'arrêt lorsque les deux parties de contact 1, 2 sont connectées toutes les deux ou bien à la masse GND ou bien au potentiel de la batterie UB. La commutation des parties de contact 1, 2 est effectuée respectivement par des bobines de relais associées 10 ou 20, respectivement, dont les armatures sont, chacune, raccordées mécaniquement à une partie de contact mobile 1 ou 2, respectivement. Les bobines de relais 10, 20 sont connectées par des lignes de connexion 11, 21 aux sorties de signal 31, 32 de l'appareil de commande 30. Les appareils de commande ayant la fonction d'un micro-ordinateur et présentant des sorties de signal pour un pilotage direct d'un relais sont disponibles en construction intégrale pour une utilisation dans des véhicules. Par une excitation correspondante des bobines de relais, le sens de courant peut être inversé par la commande 30 dans la branche diagonale 300, et la rotation du moteur peut être inversée. La surveillance de la tension de service du réseau de bord (qui n'est pas représenté en détail à la fig. 1) est effectuée par l'appareil de commande 30 qui analyse la tension de bord UB dans des intervalles déterminés, par exemple à l'aide d'un micro-contrôleur 33. Lorsque le micro-contrôleur 33 reconnaît par exemple une surtension, c'est-à-dire lorsque la valeur et la durée de la surtension dépassent une valeur limite préétablie, il décide alors d'une mesure de commutation expliquée plus en détail dans ce qui suit, en agissant sur la bobine de relais 10 ou 20 par l'intermédiaire de la commande de relais 31 ou 32 à travers les lignes de connexion 11 ou 21. De manière usuelle, on utilise dans les lève-vitres électriques des relais inverseurs doubles dont les éléments de contact mobiles 1, 2 sont retenus au potentiel de masse au moyen de ressorts de contact lorsque les bobines 10, 20 ne sont pas excitées. Lors d'un processus d'actionnement, un des éléments de contact 1, 2 est connecté au potentiel de batterie. Dans ce cas, la déconnexion peut être effectuée de telle manière que l'excitation du contact 2 connecté au potentiel UB est interrompue et le contact 2 retombe en raison de la force élastique du ressort de contact 2c. La déconnexion peut cependant également être effectuée par voie électrodynamique. Cette possibilité est préférée. Si une perte de charge se produit au cours d'un processus d'actionnement, par exemple dans la configuration de contact représentée dans la fig. 1, conformément à l'invention, on préfère que la pièce de contact mobile 1, représentée à gauche, soit connectée par voie électrodynamique contre la force du ressort mécanique l c au contact opposé 1 a au moyen de la bobine de relais 10. Par rapport à une procédure d'actionnement effectuée par la déconnexion de l'excitation de la bobine de relais 20 et dans laquelle la vitesse de commutation est due exclusivement à la force du ressort mécanique 2c, la commutation électrodynamique préférée du contact 1 est plus rapide. Ceci empêche la formation d'un arc électrique. La fig. 2 indique l'évolution dans le temps d'une impulsion de surtension ÜI, provoquée par une perte de charge. La représentation de la fig. 3 montre le courant d'entraînement I s'écoulant dans la branche diagonale du circuit de pont selon la fig. 1 en fonction du temps t. L'impulsion de surtension se produit au cours d'une procédure d'actionnement. La représentation de la fig. 3 est typique de la variation de courant d'un entraînement de lève-vitre. La chute subite de la charge, provoquée par la perte de charge qui se produit à l'instant t1, a pour conséquence que la génératrice répond à cette décharge par une augmentation de tension dans le réseau de bord. Selon la représentation de la fig. 2, la tension de bord UB monte à partir de la valeur de départ U1 (par exemple 12 V) à une valeur de surtension U2 (allant jusqu'à 100 V). Au cours de l'intervalle TUB de l'augmentation de tension, une tension de fonctionnement U2 plus élevée est appliquée au moteur. Cette tension plus élevée a pour résultat que, dans une phase de commencement, le moteur accélère le processus d'actionnement, par exemple la procédure de fermeture d'une vitre d'un véhicule à moteur. Le moteur absorbe alors, dans un premier intervalle de temps Ti, un courant toujours croissant afin d'accélérer les moments d'inertie dans le train d'entraînement. Le courant moteur I augmente dans l'intervalle de t1 à t2 depuis une valeur de départ 11 jusqu'à une valeur maximale 13. Au cours d'un deuxième intervalle de temps T2 qui suit le premier intervalle Ti, le courant moteur I redescend. Après la fin de la phase d'accélération TB, un courant moteur stationnaire 12 apparaît, correspondant à la tension U2 qui est plus élevée que U1. Dans un lève- vitre à entraînement électrique, le courant moteur peut monter, dans le premier intervalle de temps d'une durée d'environ 40 millisecondes, d'environ 8A jusqu'à 60A et redescendre, après la fin de la phase d'accélération, à 12A. Selon l'invention, on préfère que la déconnexion de ce lève-vitre électrique soit réalisée pour un courant d'environ 12+ 20% (S2 à la fig. 3). Afin d'exclure le plus possible le risque de blessures provoquées par un coincement, l'entraînement pour un lève-vitre à entraînement électrique est, jusqu'à présent, séparé du réseau de bord le plus souvent dans un intervalle de temps compris entre 20 et 50 millisecondes après la reconnaissance de la surtension. Afin de pouvoir traiter ces courants de coupure relativement élevés de manière sûre, on avait jusqu'à présent besoin de relais relativement coûteux. Selon l'invention, la déconnexion n'est pas effectuée immédiatement après la reconnaissance de la surtension mais avec un retard, c'est-à-dire par exemple environ 100 millisecondes plus tard. L'instant de coupure est préétabli par l'unité de commande comme décrit ci-dessus. Le relais inverseur est excité, selon l'invention, à un instant auquel le processus d'accélération du moteur 3 est pratiquement terminé. L'instant de commutation est spécifique pour le système d'entraînement considéré et est par exemple déterminé par des essais. L'instant de commutation déterminé est enregistré dans le micro-contrôleur 33 et est utilisé par le dispositif de commutation 5 lors d'une perte de charge. Dans la fig. 3 par exemple, ces instants de commutations sont indiqués par SI et S2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour protéger un dispositif de commutation commandé par un dispositif de commande au moyen duquel un entraînement électrique peut être déconnecté pendant la durée d'une impulsion de surtension produite par une perte de charge dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur, le courant de l'entraînement montant jusqu'à une valeur maximale (13) pendant la durée de l'impulsion de surtension au cours d'un premier intervalle de temps (Ti) et redescendant, au cours d'un deuxième intervalle de temps (T2) qui suit le premier intervalle de temps (Ti), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de procédé suivantes: c) reconnaissance d'une perte de charge en captant une valeur de tension limite dans le réseau de bord au moyen du dispositif de commande, d) déconnexion de l'entraînement électrique dans le cas d'une perte de charge à un instant consigné par le dispositif de commande, cet instant étant situé après le premier intervalle de temps (T1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la déconnexion est effectuée au cours du deuxième intervalle de temps (T2). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la déconnexion est effectuée après le deuxième intervalle de temps (T2) et au cours de la durée (TUB) de l'impulsion de surtension. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend un relais inverseur et que la déconnexion est effectuée par l'excitation d'une bobine de relais. 5. Dispositif pour la protection d'un dispositif de commutation (5) commandé par un dispositif de commande (30) qui disjoncte un entraînement électrique (3) pendant la durée d'une impulsion de surtension (01) produite par une perte de charge dans le réseau de bord d'un véhicule à moteur, le courant (I) de l'entraînement montant, pendant la durée de l'impulsion de surtension, jusqu'à une valeur maximale (13) au cours d'un premier intervalle de temps (Ti) et redescendant, au cours d'un deuxième intervalle de temps (T2) qui suit le premier intervalle de temps (T1), caractérisé en ce que le dispositif de commande (30) est agencé de telle façon que l'instant de déconnexion est choisi à l'intérieur de la durée (TUB) de l'impulsion de surtension mais après l'instant (t2) d'apparition de la valeur maximale (13). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'instant de déconnexion (Si) est situé dans le deuxième intervalle de temps (T2). 2867910. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'instant de déconnexion (S2) est situé après la fin (t3) du deuxième intervalle de temps (T2) et avant la fin (t4) de l'impulsion de surtension (01). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande (30) contient un micro-contrôleur (33) et une mémoire dans laquelle la valeur de l'instant de déconnexion est enregistrée. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'entraînement électrique (3) est placé dans une branche diagonale (300) d'un circuit en pont (100, 200), que le dispositif de commutation (5) est formé par un relais inverseur double comportant deux éléments de contact mobiles (1, 2), et que le courant d'entraînement passe par ces éléments de contact (1, 2), l'un des éléments de contact (1, 2) étant retenu par un ressort de contact (1c; 2c) dans une position de repos en s'appuyant sur un contre contact (lb), et en ce que le processus de déconnexion est effectué par l'ouverture électrodynamique dudit élément de contact contre la force élastique du ressort de contact (1 c). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de contact (1, 2,) et des contacts opposés fixes (1a, lb, 2a, 2b) , entre lesquels les éléments de contact (1, 2) peuvent être commutés respectivement, sont renfermés dans un boîtier commun. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'entraînement électrique fait partie d'un lèvevitre à entraînement externe. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'instant de déconnexion (SI, S2) est situé dans un intervalle de temps compris entre 100 millisecondes et 400 millisecondes après le commencement de l'impulsion de surtension (01).