Brevet FR2875343A1 — publié le 20060317

APPAREIL DE COMMANDE DE MOTEUR CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil de commande de moteur, en particulier, un appareil de commande de direction de véhicule tel qu'un appareil de direction assistée électrique et un appareil de direction automatique pour automobiles. Description de l'art antérieur Jusqu'à présent, il a été couramment entrepris d'augmenter les tensions d'alimentation pour accroître l'efficacité des équipements de véhicule à grande puissance. Bien que la tension d'alimentation (batterie) des voitures de tourisme, par exemple, ait été généralement fixée à 12V, la tension d'alimentation dans les véhicules commerciaux, tels que les camions, a été fixée à 24V, car ils nécessitent une alimentation plus élevée. Il a également été envisagé de fixer les tensions d'alimentation à 42V, même dans les voitures de tourisme, car le nombre d'éléments d'équipement dont elles sont munies va croissant. De plus, les voitures électriques sont même équipées de hautes tensions d'alimentation allant jusqu'à 200V ou 300V. Un microcontrôleur ou un amplificateur opérationnel mis en uvre dans un dispositif de commande pour contrôler divers équipements de véhicules a été utilisé de manière générale à de faibles tensions, telles que 3,3V, 5V et 8V, etc. L'application de tensions d'alimentation élevées à un tel dispositif de commande entraîne une chute de tension plus importante dans un circuit d'alimentation, d'où des pertes plus importantes dans le circuit. On connaît un appareil de direction assistée électrique, tel qu'un appareil de commande de moteur à monter dans un système pour véhicule à haute tension décrit plus haut, comme décrit dans la publication de brevet japonais mise à l'inspection publique JP 2002- 166837 (Brevet US 6 600 983). Dans l'appareil de direction assistée électrique susmentionné, comme illustré en figure 3, une batterie 1 fournit une alimentation en haute tension directement à un moyen d'entraînement 32 d'un moteur 2 et fournit également une tension plus faible abaissée par un régulateur à découpage 4 à une unité de commande 31 comprenant un microcontrôleur et autres composants par l'intermédiaire d'un rhéostat en série 33, de sorte qu'il est possible de supprimer les brusques chutes de tension survenant au niveau du rhéostat en série 33, même dans un véhicule équipé de la batterie 1 à tension relativement plus élevée, telle que 24V, 36V, évitant toute perte de puissance dans le circuit d'alimentation de l'unité de commande 31. Etant donné que le moyen d'entraînement 32 est alimenté directement par la batterie 1, le moyen d'entraînement 32 peut donc être entraîné plus efficacement, permettant dans l'ensemble d'obtenir un dispositif de commande plus efficace. Toutefois, l'appareil de direction assistée électrique susmentionné présente le problème de l'augmentation de la consommation d'énergie dans la batterie; en effet, le régulateur à découpage 4 fonctionne en permanence, que l'unité de commande 31 comprenant le microcontrôleur et autres composants fonctionne ou non, fournissant de l'énergie électrique continuellement au rhéostat en série 33. Une fois déclenchée l'auto-oscillation du régulateur de commutation 4, par exemple, son oscillation se poursuit, même après la mise hors tension d'un commutateur d'allumage, ce qui entraîne une consommation d'énergie dans la batterie 1, même en période de mise hors tension du commutateur d'allumage. Résumé de l'invention L'invention a été mise au point pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus, et a donc pour objet de fournir un appareil de commande de moteur capable de réduire de manière fiable la consommation d'énergie en position d'attente en faisant en sorte d'empêcher complètement l'alimentation de l'unité de commande lorsque l'unité de commande comprenant un microcontrôleur et autres composants n'est pas actionnée. Pour atteindre l'objet décrit ci-dessus, le premier aspect de l'appareil de commande de moteur selon la présente invention, dans lequel une batterie fournit une tension directement à un moyen d'entraînement d'un moteur, et fournit également une tension plus faible, abaissée par un régulateur à découpage, à une unité de commande comprenant un microcontrôleur et autres composants, est constitué de telle sorte que l'opération de découpage du régulateur à découpage est déclenchée par un signal de déclenchement fourni depuis l'extérieur de l'appareil de commande de moteur et que son opération de découpage est interrompue par le premier signal d'arrêt provenant de l'extérieur d'un appareil de commande de moteur et le second signal d'arrêt dérivé de l'unité de commande. Le second aspect de l'appareil de commande de moteur de la présente invention, dans lequel une batterie fournit une tension directement à un moyen d'entraînement d'un moteur, et fournit également une tension plus faible, abaissée par un régulateur à découpage, à une unité de commande comprenant un microcontrôleur et autres composants, est constitué de telle sorte que l'opération de découpage du régulateur à découpage est déclenchée par un signal de déclenchement dérivé de l'unité de commande et que son opération de découpage est interrompue par le signal d'arrêt dérivé de l'unité de commande. Selon l'appareil de commande de moteur de la présente invention, il est possible de réduire sensiblement une consommation d'énergie de l'unité de commande comprenant un microcontrôleur et autres composants, et de réduire également une consommation d'énergie en position d'attente en faisant en sorte d'empêcher complètement l'alimentation de l'unité de commande lorsque celle-ci n'est pas actionnée. Description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de commande de direction de véhicule selon le premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est un schéma de principe d'un appareil de commande de direction de véhicule selon le second mode de réalisation de la présente invention; et La figure 3 est un schéma de principe d'un appareil de commande de direction de véhicule selon l'art antérieur. Description des modes de réalisation préférés Mode de réalisation 1 Un mode de réalisation de la présente invention fait à présent l'objet d'une description. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le numéro de référence 1 désigne une alimentation en énergie, telle qu'une batterie, le 2 désigne un moteur destiné à augmenter la puissance de direction du conducteur et le 3, une unité de commande pour commander le moteur 2. Comme dans l'art antérieur illustré en figure 3, l'unité de commande 3 est équipée d'un moyen de commande 31 comprenant un microcontrôleur et autres composants, d'un moyen d'entraînement 32 pour entraîner le moteur 2 en fonction de l'instruction provenant du moyen de commande 31, et d'un rhéostat en série 33. La batterie 1 fournit une puissance de tension directement à un moyen d'entraînement 32 d'un moteur 2 et fournit également une tension plus faible, abaissée par un régulateur à découpage 4 comprenant un convertisseur continu-continu, à un moyen de commande 31 comprenant un microcontrôleur et autres composants. Le régulateur à découpage 4 illustré dans ce mode de réalisation est constitué d'un circuit hacheur abaisseur à auto-excitation. Le rhéostat en série 33 est actionné de manière à convertir une tension provenant du régulateur à découpage 4 en l'autre tension stabilisée prédéterminée et à générer un signal de réinitialisation à un état de faible tension. Le numéro de référence 10 désigne un commutateur d'allumage pour émettre un signal de déclenchement ou un signal d'arrêt provenant de l'extérieur de l'unité de commande 3. Le régulateur à découpage 4 est muni d'un premier transistor 41 pour interrompre de manière intermittente la tension provenant de la batterie 1, d'une bobine 42 pour filtrer la tension intermittente provenant du collecteur du premier transistor 41, d'une première diode 43 pour l'excédent d'un courant de la bobine 42, d'une capacité 44 pour filtrer la tension intermittente provenant du collecteur du transistor 41 avec la bobine 42, d'une seconde diode 45 pour fournir en entrée un signal de réaction résultant d'une tension de sortie du régulateur à découpage 4 filtrée par la bobine 42 et la capacité 44, à un second transistor 47 qui fera ci-après l'objet d'une description, d'une diode Zener 46 pour générer un signal de référence pour déterminer une tension de sortie du régulateur à découpage 4, et du second transistor 47 pour faire passer le premier transistor 41 en mode hacheur à la fois en fonction du signal de réaction émis par la seconde diode 45 et du signal de référence émis par la diode Zener 46. Le mode de réalisation préféré 1 selon la présente invention prévoit en outre un troisième transistor 5 pour fournir en entrée à un microcontrôleur 31 le signal de déclenchement ou d'arrêt généré par le commutateur d'allumage 10, et un quatrième transistor 6 pour interrompre une oscillation du régulateur à découpage 4 au moyen du signal émis par le microcontrôleur 31. Le fonctionnement du mode de réalisation susmentionné fait à présent l'objet d'une description en référence à la figure 1. Lorsque le commutateur d'allumage 10 est fermé, la batterie 1 fournit un courant de base au second transistor 47 via une résistance 7 pour le mettre à l'état conducteur, de sorte que la batterie 1 fournit un courant de base au premier transistor 41 pour le mettre à l'état conducteur. Lorsque le transistor 41 est mis à l'état passant, le courant s'écoule du collecteur du premier transistor 41 à la capacité 44 via la bobine 42, faisant augmenter la tension de sortie du régulateur à découpage 4. La tension de sortie du régulateur à découpage 4 est transmise à l'émetteur du second transistor 47 via la seconde diode 45 en tant que signal de réaction. La tension constante obtenue grâce à la diode Zener 46 est appliquée à la base du second transistor 47 en tant que signal de référence, et est comparée au signal de réaction afin d'assurer un contrôle par réaction. Dans le détail, lorsque la tension du signal de référence est supérieure à celle du signal de réaction, le second transistor 47 est mis à l'état passant pour maintenir passant le premier transistor 41; par contre, lorsque la tension du signal de référence est inférieure à celle du signal de réaction, le second transistor 47 est mis à l'état bloqué pour mettre le premier transistor 41 à l'état non-conducteur. La tension intermittente générée par le mode passant/bloqué du premier transistor 41 est transmise à la bobine 42 et, pendant que le premier transistor 41 est bloqué, un courant s'écoulant dans la bobine 42 est remis en circulation par l'intermédiaire de la première diode 43 et de la capacité 44 pour charger la capacité 44 et la fonction de filtrage a lieu. Comme on l'aura compris du fonctionnement décrit ci-dessus, si la tension directe de la seconde diode 45 est égale à la tension présente entre la base et l'émetteur du second transistor 47, la tension de sortie du régulateur à découpage 4 fait l'objet d'un contrôle par réaction de manière à être égale à la tension de la diode Zener 46. La tension du régulateur à découpage 4 est ensuite transmise au rhéostat en série 33, où elle est stabilisée à la valeur prédéterminée. La tension stabilisée par le rhéostat en série 33 est fournie au microcontrôleur 31 en tant que source d'énergie de celui-ci et est également fournie à la borne RES du microcontrôleur 31 en tant que signal de réinitialisation. Le microcontrôleur 31, auquel sont fournis la source d'énergie et le signal de réinitialisation émis par le rhéostat en série 33, exécute une opération donnée et fournit une instruction donnée au circuit d'entraînement de moteur 32 pour entraîner le moteur 2. Un fonctionnement permettant de réduire la consommation d'énergie en position d'attente sera décrit ci-après. Pendant que le commutateur d'allumage 10 est fermé, la batterie 1 fournit un courant de base au troisième transistor 5 pour le mettre à l'état conducteur, de sorte que le microcontrôleur 31 reçoit un signal de déclenchement pour initier la commande de divers éléments d'équipement situés à l'intérieur du véhicule. Dans cet état, lorsque le commutateur d'allumage 10 est ouvert, le troisième transistor 5 est mis à l'état bloqué pour fournir au microcontrôleur 31 un signal d'arrêt. De ce fait, le microcontrôleur 31 ralentit le moteur 2 à une décélération appropriée pour l'amener à l'arrêt, et un processus d'arrêt donné a lieu, par exemple, les données exécutées sont stockées dans une mémoire non volatile implémentée dans le microcontrôleur 31. Au bout d'un laps de temps nécessaire au processus d'arrêt, le microcontrôleur 31 fournit un signal d'arrêt à la base du quatrième transistor 6 pour le mettre à l'état conducteur. Ainsi, le second transistor 47 et le premier transistor 41 sont mis à l'état bloqué pour arrêter l'oscillation du régulateur à découpage 4, provoquant ainsi l'arrêt de l'alimentation fournie au microcontrôleur 31 par la batterie 1. Selon ce mode de réalisation de l'invention, l'appareil de commande de moteur est constitué de telle sorte que le rhéostat en série 33 qui alimente le microcontrôleur 31 est alimenté en énergie électrique via le régulateur à découpage 4 par la batterie 1, de sorte qu'il est possible de réduire les pertes d'énergie dans le microcontrôleur 31. En outre, l'appareil de commande de moteur selon ce mode de réalisation est constitué de telle sorte que le microcontrôleur 31 n'est pas alimenté en énergie lorsque le microcontrôleur 31 n'est pas utilisé, de sorte qu'il est possible de réduire la consommation d'énergie en position d'attente de l'appareil de commande de moteur. En outre, l'appareil de commande de moteur selon ce mode de réalisation est constitué de telle sorte que la batterie 1 fournit une tension directement à un moyen d'entraînement 32 et fournit également une tension au microcontrôleur 31 par l'intermédiaire d'un régulateur à découpage 4; par conséquent, comme dans l'art antérieur, il est possible de réduire les pertes d'énergie du microcontrôleur 31, et de fournir une haute tension au moteur 2, améliorant le rendement global. Bien que le régulateur à découpage 4 soit réalisé par le circuit hacheur abaisseur dans le mode de réalisation 1, le microcontrôleur 31 peut, bien entendu, fonctionner de manière stable, même lorsque la tension de batterie est diminuée. Mode de réalisation 2 Le second mode de réalisation de la présente invention fait maintenant l'objet d'une description. La figure 2 illustre un exemple du régulateur à découpage 4 formé d'un circuit hacheur à excitation séparée. Les composants identiques au premier mode de réalisation de l'invention sont désignés par des numéros de référence identiques. Ce mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation en ce qu'il n'y a pas de seconde diode 45 par l'intermédiaire de laquelle la tension de sortie du régulateur à découpage 4, filtrée avec la bobine 42 et la capacité 44, est fournie en entrée au second transistor 47 en tant que signal de réaction. Un autre point qui diffère du premier mode de réalisation est que la diode Zener 46 est remplacée par la résistance 48 pour générer un signal de référence. Le reste des composants est identique au premier mode de réalisation, de sorte qu'aucune explication ne sera nécessaire à leur sujet. Le fonctionnement de ce circuit fait à présent l'objet d'une explication. Lorsque le commutateur d'allumage 10 est fermé, la batterie 1 fournit un courant de base au second transistor 47 via une résistance 7 pour le mettre à l'état conducteur, de sorte qu'un courant s'écoule de la base du premier transistor 41 jusqu'au collecteur du second transistor 47 pour mettre le premier transistor 41 à l'état conducteur. Lorsque le transistor 41 est mis à l'état passant, le courant électrique s'écoule du collecteur du premier transistor 41 à la capacité 44 via la bobine 42, provoquant une hausse de la tension de sortie du régulateur à découpage 4. La tension de sortie du régulateur à découpage 4 est ensuite transmise au rhéostat en série 33, dans lequel la tension de sortie est stabilisée à la valeur de tension prédéterminée. Le rhéostat en série 33 applique la tension prédéterminée au microcontrôleur 31 en tant que source d'énergie de celui-ci, et transmet également un signal de réinitialisation au microcontrôleur 31 au moment d'une chute de tension ou d'une opération de déclenchement. Le régulateur à découpage 4 n'est pas encore en service à ce moment-là et le premier transistor 41 est à l'état conducteur au niveau de sa région saturée. Par conséquent, la différence de tension entre la tension de batterie et la tension de la source d'énergie Vcc fournie au microcontrôleur 31 est appliquée au rhéostat en série 33, donnant lieu à une perte d'énergie plus importante. Toutefois, immédiatement après l'opération de déclenchement du microcontrôleur 31, ce dernier commence à mettre à l'état passant et à l'état bloqué le quatrième transistor 6 à une fréquence donnée et met ainsi à l'état passant et à l'état bloqué le premier transistor 41 via le second transistor 47. La tension générée de manière intermittente par la commutation du premier transistor 41 est transmise à la bobine 42 et, pendant que le premier transistor 41 est bloqué, un courant s'écoulant dans la bobine 42 est mis en circulation à travers la première diode 43 pour qu'ait lieu l'accumulation de charge dans une capacité 44 pour le filtrage. Avec le fonctionnement susmentionné, si le facteur de marche de mise à l'état passant du premier transistor 41 est de 50%, par exemple, la tension de sortie du régulateur à découpage 4 est réduite à environ la moitié de la tension de la batterie 1. En revanche, lorsque le commutateur d'allumage 10 est fermé, le troisième transistor 5 est mis à l'état passant pour transmettre un signal de déclenchement au microcontrôleur 31. Lorsque le commutateur d'allumage 10 est ouvert, le troisième transistor 5 est mis à l'état bloqué pour transmettre un signal d'arrêt au microcontrôleur 31. Le microcontrôleur 31 ralentit le moteur 2 à une décélération appropriée pour l'amener à l'arrêt, et un processus d'arrêt donné a lieu dans le microcontrôleur 31, par exemple, les données exécutées sont stockées dans une mémoire non volatile implémentée dans le microcontrôleur 31. Selon ce mode de réalisation de la présente invention, l'appareil de commande de moteur est constitué de telle sorte que le régulateur de commutation 4 est formé d'un circuit hacheur à excitation séparée qui est directement contrôlé par le microcontrôleur 31, et la tension de sortie du régulateur à découpage 4 est commandée en boucle ouverte, de sorte qu'il est possible d'obtenir les mêmes effets que dans le premier mode de réalisation et, en plus, de garantir une réduction sensible du nombre de composants. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront certainement à l'homme du métier à la lecture de la description qui précède, mais il va de soi que le mode de réalisation particulier illustré et décrit au moyen d'illustrations ne vise aucunement à limiter la portée des revendications qui, dans leur contenu, n'énumèrent que les caractéristiques considérées comme essentielles à l'invention. 14 REVENDICATIONS 1. Appareil de commande de moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une source d'énergie; une unité d'entraînement de moteur (32) alimentée 5 par la source d'énergie; un régulateur à découpage (4) alimenté par la source d'énergie; et une unité de commande (31) pour contrôler le moyen d'entraînement de moteur (32) et alimentée par le régulateur à découpage (4) ; dans lequel l'opération de découpage du régulateur à découpage (4) est déclenchée par un signal de déclenchement fourni depuis l'extérieur de l'appareil de commande de moteur et son opération de découpage est interrompue par le premier signal d'arrêt provenant de l'extérieur d'un appareil de commande de moteur et le second signal d'arrêt dérivé de l'unité de commande (31). 2. Appareil de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande (31) est alimentée par le régulateur à découpage (4) via un rhéostat en série (33) pour établir une tension stabilisée donnée. 3. Appareil de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) comprend un premier transistor (41) pour interrompre la source d'énergie, un circuit de filtrage pour filtrer la tension de sortie du premier transistor (41), une première diode (43) pour faire circuler un courant s'écoulant dans une bobine (42) dans le circuit de filtrage, une seconde diode (45) pour boucler en réaction la tension de sortie filtrée, une diode Zener (46) pour générer un signal de référence, et un second transistor (47) pour faire passer le premier transistor (41) en mode hacheur en fonction des signaux de réaction provenant de la seconde diode (45) et des signaux de référence provenant de la diode Zener (46). 4. Appareil de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal de déclenchement et un signal d'arrêt fournis depuis l'extérieur de l'appareil de commande de moteur sont des signaux de mise sous tension et hors tension d'un commutateur d'allumage (10). 5. Appareil de commande de moteur selon la revendication 4, comprenant en outre un troisième transistor (5) pour fournir en entrée le signal de déclenchement et un signal d'arrêt provenant du commutateur d'allumage (10) à l'unité de commande (31), et un quatrième transistor (6) pour interrompre une oscillation du régulateur à découpage (4) au moyen du signal provenant de l'unité de commande (31). 6. Appareil de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) est un circuit hacheur abaisseur de tension. 7. Appareil de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) est un circuit hacheur élévateur de tension. 8. Appareil de commande de moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une source d'énergie; une unité d'entraînement de moteur (32) alimentée 10 par la source d'énergie; un régulateur à découpage (4) alimenté par la source d'énergie; et une unité de commande (31) pour contrôler le moyen d'entraînement de moteur (32) et alimentée par le régulateur à découpage (4) ; dans lequel l'opération de découpage dudit régulateur à découpage (4) est déclenchée par un signal de déclenchement dérivé de l'unité de commande (31) et son opération de découpage est interrompue par le signal d'arrêt dérivé de l'unité de commande (31). 9. Appareil de commande de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité de commande (31) est alimentée par le régulateur à découpage (4) via un rhéostat en série (33) pour établir une tension stabilisée donnée. 10. Appareil de commande de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) comprend un premier transistor (41) pour interrompre la source d'énergie, un circuit de filtrage pour filtrer la tension de sortie du premier transistor (41), une diode (43) pour faire circuler un courant s'écoulant dans une bobine (42) dans le circuit de filtrage, et un second transistor (47) pour faire passer le premier transistor (41) en mode hacheur en fonction des signaux provenant de l'unité de commande (31). 11. Appareil de commande de moteur selon la revendication 8, comprenant en outre un troisième transistor (5) pour fournir en entrée le signal de déclenchement et un signal d'arrêt provenant du commutateur d'allumage (10) dans l'unité de commande (31), et un quatrième transistor (6) pour déclencher ou arrêter une oscillation du régulateur à découpage (4) au moyen du signal provenant de l'unité de commande (31). 12. Appareil de commande de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) est un circuit hacheur abaisseur de tension. 13. Appareil de commande de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le régulateur à découpage (4) est un circuit hacheur élévateur de tension.