Brevet FR2894410A1 — publié le 20070608

Procédé de distribution de puissances prélevées par un alternateur sur un moteur thermique La présente invention concerne un procédé de distribution de puissances prélevées par un alternateur sur un moteur thermique. Le procédé selon l'invention a notamment pour but de fournir de l'énergie à des organes du véhicule, tout en limitant au maximum les ruptures de couple appliqué aux roues. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules à propulsion thermique ou hybride. Les véhicules automobiles comportent de plus en plus d'organes qui nécessitent d'être alimentés en énergie. Ainsi, les véhicules peuvent comporter des vitres électriques, des sièges chauffants, un chauffage centralisé, un pare brise chauffant, une lunette arrière chauffante, des freins à commande électronique, une direction assistée contrôlée électroniquement... L'augmentation de ce nombre d'organes consommateurs d'énergie électrique entraîne naturellement une augmentation de la puissance du réseau électrique de bord. Pour fournir une puissance électrique à ces organes, le moteur entraîne un alternateur qui comporte un stator et un rotor. Le rotor de l'alternateur est inducteur et crée un champ tournant. Le stator est formé par un ensemble de spires fixes qui sont le siège d'une force électromotrice. En effet, lorsque les spires fixes sont soumises à une variation de champ magnétique, un courant induit apparaît et les parcoure. La tension et l'intensité débitées par l'alternateur sont proportionnelles à la fréquence de rotation du rotor. L'alternateur est, par construction, limité en courant mais sa tension peut croître jusqu'à des valeurs très élevées en fonction du régime. En conséquence, pour limiter cette tension, l'alternateur est connecté généralement à un régulateur de tension. Lorsque le moteur est à l'arrêt ou qu'il tourne à faible vitesse, une batterie d'énergie fournit la puissance nécessaire aux organes consommateurs. Lorsque le moteur tourne à une vitesse suffisante, l'alternateur prélève une puissance mécanique au moteur pour la transformer en une puissance électrique qui alimente les différents organes consommateurs. Pour une puissance du moteur donnée, le couple appliqué aux roues dépend donc de la puissance prélevée par l'alternateur. En conséquence, lorsque des organes consommateurs de puissance sont actionnés ou lorsqu'ils demandent une puissance importante, une variation brutale de la puissance prélevée par l'alternateur sur le moteur peut être observable. Cette variation de la puissance prélevée par l'alternateur engendre des fluctuations de la puissance disponible pour entraîner les roues du véhicule. Ainsi, lorsque des organes consommateurs sont activés, une rupture du couple appliqué sur les roues du véhicule peut être ressentie désagréablement par le conducteur. On connaît des procédés qui ont pour but de limiter les fluctuations de la puissance fournie aux roues. Ainsi, dans la demande FR-2799905, pour éviter les ruptures de couple lors de l'utilisation d'un organe électrique fort consommateur de puissance, il est prévu une limitation de la pente de variation du courant fourni par l'alternateur. Cette limitation du courant débité par l'alternateur limite les variations immédiates du régime moteur et le désagrément qu'elles engendrent. Toutefois, pour une variation de puissance faible et constante, une variation du couple appliqué sur les roues du véhicule sera toujours observable. Dans la demande EP-0964801, pour éviter les chutes rapides de régime lors de l'utilisation d'un organe fort consommateur de courant, il est prévu une mise en marche progressive des différents consommateurs. Cette mise en marche progressive entraîne une sensation pour l'utilisateur d'un manque de réactivité des organes. Dans la demande FR-2594273, pour éviter de ralentir un véhicule dans une pente, lorsque l'accélérateur est fortement sollicité, on désexcite l'alternateur. En revanche, l'alternateur est surexcité à la moindre baisse de la contrainte du moteur. Par ailleurs, dans certains procédés de l'état de la technique, un superviseur assure la gestion des demandes de puissance faites par les différents organes. Dans ces procédés, la priorité de l'ordre d'activation des organes est pré-établie. En fonction de la priorité de l'organe, le superviseur autorise l'organe à prélever ou pas la puissance que cet organe demande. Dans de tels procédés, la distribution d'énergie est réalisée indépendamment de l'impact que l'alimentation ou non de ces organes pourrait avoir sur le véhicule. En conséquence, dans des situations de vie particulière du véhicule, lorsqu'une puissance disponible n'est pas suffisante pour alimenter tous les organes électriques, un organe de haute priorité, tel qu'un chauffe pare-brise déjà chaud serait autorisé à prélever de la puissance, alors qu'un organe de basse priorité, tel qu'un chauffe siège froid, ne le serait pas, même si l'alimentation de l'organe de basse priorité aurait une influence bénéfique sur le confort de conduite. La présente invention se propose notamment de résoudre ces problèmes de limitation des fluctuations du couple appliqué aux roues et de prise en compte de l'impact de chaque organe sur le confort de conduite et la sécurité du conducteur. A cet effet, dans l'invention, l'établissement de la priorité d'activation des organes est dynamique et est réalisé en fonction de l'impact que l'activation d'un organe aurait sur la sécurité et le confort de conduite du conducteur, à un instant donné. Plus précisément, plus l'activation d'un organe aura un impact important sur la sécurité et le confort du conducteur et/ou du passager, plus le niveau de priorité qui lui est attribué est important. Et moins l'activation d'un organe aura un impact important sur la sécurité et le confort du conducteur et/ou du passager, moins le niveau de priorité qui lui est attribué est important. L'impact que l'activation d'un organe a sur le véhicule peut être mesuré comme un écart par rapport à une consigne. Plus un écart à la consigne est grand, plus un niveau de priorité est haut. Et plus le niveau de priorité d'un organe est haut par rapport au niveau de priorité des autres organes, plus on lui distribuera de la puissance. Les niveaux de priorité des différents organes sont définis périodiquement et évoluent au cours du temps. Dans le procédé selon l'invention, un même organe peut donc avoir une priorité d'activation qui varie au cours du temps. Le superviseur pourra ainsi fournir alternativement au cours du temps de la puissance à des organes différents, avec une puissance constante générée par l'alternateur. Ainsi, même dans le cas où la puissance disponible ne suffirait pas pour satisfaire les besoins de puissance de tous les organes, les organes pourront voir à tour de rôle leur requête de puissance satisfaite. Le procédé selon l'invention s'adapte donc intelligemment aux situations de conduite du véhicule et en particulier aux besoins de puissance de chaque organe en fonction de la puissance disponible. Dans une mise en ceuvre particulière, trois niveaux de priorité (priorité basse, priorité moyenne et priorité haute) sont définis. L'invention concerne donc un procédé de distribution de puissances prélevées par un alternateur sur un moteur thermique simultanément à plusieurs organes électriques d'un véhicule, caractérisé en ce que : - on distribue ces puissances aux différents organes en fonction de leur besoin de puissance et de l'impact que leur activation aurait, à un instant donné, sur le confort et / ou la sécurité d'un conducteur. L'invention sera mieux comprise à lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'un système de distribution d'énergie mettant en ceuvre le procédé selon l'invention ; - figure 2 : des représentations graphiques de signaux observables en sortie d'organes électriques et de signaux de priorité. La figure 1 montre une représentation schématique d'un système 1 de distribution d'énergie mettant en ceuvre le procédé selon l'invention. Ce système 1 comporte un alternateur 2 relié d'une part à un moteur 3 thermique et d'autre part à un circuit 4 redresseur et régulateur. Un bus 5 de tension continue est relié en sortie de ce circuit 4. Une batterie d'énergie 6 ainsi que des organes 01-ON consommateurs d'énergie sont reliés en parallèle à ce bus 5. Une partie ou la totalité des organes 01-ON pourrait être connectée au bus 5 par l'intermédiaire d'un convertisseur non représenté. La batterie 6 est destinée à alimenter les organes 01-ON lorsque l'alternateur 2 est dans l'impossibilité de la faire. Par ailleurs, un superviseur 7 échange des signaux électriques avec le moteur 3, le circuit 4, les organes 01-ON et une pédale 8 d'accélérateur actionnée par un conducteur 9. A cet effet, le superviseur 7 comporte un microprocesseur 10, une mémoire programme 11, une mémoire 12 de données, ainsi qu'une interface 13 d'entrées / sorties. Ces éléments 10-13 échangent des données entre eux par l'intermédiaire d'un bus 14. Plus précisément, le conducteur 9 en appuyant sur la pédale d'accélérateur 8 émet un signal El à destination de l'interface 13 du superviseur 7. En fonction notamment de ce signal El et de la puissance consommée par les organes 01-ON, le superviseur 7 émet par l'intermédiaire de l'interface 13 un signal S1 à destination du moteur 3. Ce signal S1 commande la vitesse de rotation et le couple de fonctionnement de ce moteur 3. Le moteur 3 émet périodiquement en retour un signal E2 à destination de l'interface 13. Ce signal E2 indique la vitesse de rotation et le couple réel de ce moteur 3. L'alternateur 2 qui est entraîné en rotation par le moteur 3 produit une tension triphasée. Cette tension triphasée est appliquée en entrée du circuit 4 redresseur et régulateur qui est commandé par un signal S2 émis par le superviseur 7. En sortie du circuit 4 est observable une tension redressée et régulée qui est appliquée sur le bus 5. Ce bus 5 fournit la puissance générée par l'alternateur 2 aux différents organes 01-ON électriques. Cette puissance générée par l'alternateur 2 dépend notamment de la puissance demandée par les organes 01-ON. Ces organes 01-ON peuvent être des organes mécaniques ou électriques pilotés. Dans le procédé, les organes font des demandes de puissance au superviseur 7 en lui envoyant des signaux de requête de puissance R1-RN. Ces signaux R1-RN comportent à cet effet, une information sur la puissance demandée par l'organe 01-ON pour son bon fonctionnement. En retour, le superviseur 7 émet des signaux 11-IN à destination des organes 01-ON qui indiquent la puissance nécessaire aux organes. Les organes 01-ON produisent en outre des signaux de priorité P1-PN qui sont émis avec les signaux R1-RN à destination de l'interface 13. Ces signaux P1-PN donnent la priorité avec laquelle les demandes de puissance sont faites. Le niveau des signaux de priorité P1-PN peut varier en fonction du temps et dépend de l'influence qu'aurait un organe sur la conduite du véhicule s'il était actionné à un instant donné. En effet, le niveau des signaux de priorité dépend notamment d'un écart entre une valeur d'un signal réel de puissance observable en sortie d'un organe et une valeur d'un signal de consigne de puissance appliqué en entrée de cet organe. Plus l'écart est important, plus le niveau du signal de priorité est élevé. Dans une mise en oeuvre, les signaux de requête R1-RN et de priorité P1-PN sont des signaux distincts les uns des autres et sont émis 35 simultanément par un organe 01-ON. Dans une autre mise en oeuvre, les signaux de priorité Pl -PN et de requête R1-RN sont émis ensemble à l'intérieur d'un même signal de données. Le niveau de priorité est alors codé sur des premiers bits tandis que la valeur de la puissance demandée par l'organe est codée sur des bits suivants. La figure 2 montre l'évolution en fonction du temps de signaux de puissance VREEL électriques observables en sortie des organes 01-ON. Les valeurs des signaux VREEL peuvent par exemple correspondre à une température si l'organe est un chauffe pare-brise, un chauffe siège ou une climatisation. Sur l'axe des ordonnées est portée la valeur du signal de consigne VCONS de l'organe 01, la valeur du signal de consigne VCONS' de l'organe 02 et la valeur du signal de consigne VCONS" de l'organe ON. Des valeurs correspondant à 60 et 80% de ces signaux de consigne sont portées sur les axes des ordonnées. Dans cette mise en ceuvre du procédé selon l'invention, trois niveaux de priorité sont définis. En effet, si la valeur du signal VREEL est supérieure à 80% de la valeur de consigne VCONS, alors le signal de priorité P1-PN émis par l'organe électrique possède un niveau bas. Si la valeur du signal VREEL est comprise entre 60% et 80% de la valeur de consigne VCONS, alors le signal de priorité P1-PN émis par l'organe possède un niveau de priorité moyen. Si la valeur du signal VREEL est inférieure à 60% de la valeur de consigne VCONS, alors le signal de priorité P1-PN émis par l'organe possède un niveau haut. A cette fin, les signaux de priorité peuvent prendre trois valeurs, par exemple, +5V, OV et -5V, correspondant respectivement à un niveau de priorité haut, moyen et bas. Ainsi, comme le montre la figure 2, à l'instant t0, le signal de priorité P1 émis par l'organe 01 possède un niveau haut (P1 vaut +5V), tandis que les signaux de priorité P2 et PN émis par les organes 02 et ON possèdent un niveau bas (P2 et PN valent -5V). A l'instant t1, le signal VREEL(O1) a augmenté tandis que le signal VREEL(O2) a diminué et le signal VREEL(ON) est resté globalement stable. Le signal de priorité P1 émis par 01 possède alors un niveau bas (P1 vaut - 5V), tandis que les signaux de priorité P2 et PN émis par 02 et ON possèdent respectivement un niveau moyen et un niveau bas (P2 vaut OV et PN vaut -5V). A l'instant t2, le signal VREEL(O1) a diminué tandis que le signal VREEL(O2) a augmenté et VREEL(ON) est resté globalement stable. Le signal de priorité P1 émis par l'organe 01 possède alors un niveau haut (P1 vaut +5V), tandis que les signaux de priorité P2 et PN émis par 02 et ON possèdent un niveau bas (P2 et PN valent -5V). Les signaux de priorité P1-PN et de requêtes R1-RN sont émis généralement périodiquement, suivant une période T, à destination de l'interface 13 d'entrée/sortie. Autrement dit, les mesures de la différence entre le signal de consigne et le signal réel sont faites à intervalle régulier suivant une période T. En variante, ces signaux de priorité P1-PN sont émis dès que le niveau d'un signal de priorité change. En variante, chaque signal de priorité P1-PN est codé sur deux bits. Après réception des signaux R1-RN et P1-PN, le microprocesseur 10 exécute les programmes de la mémoire 11 qui déterminent l'ordre de priorité dans l'activation ou le changement de conditions de fonctionnement des organes 01-ON. En effet, lors de l'exécution du programme de "test de priorité", le superviseur 7 décode les signaux de priorité P1-PN afin de comparer leurs niveaux entre eux. Le microprocesseur 10 exécute ensuite un programme "d'ordonnancement" à l'issue duquel, des données correspondant aux organes 01-ON sont rangées dans la mémoire 12, de manière décroissante, suivant le niveau des signaux de priorité. En reprenant l'exemple de la figure 2, à l'instant t0, les organes 01, 02 et ON sont donc classés respectivement en première, deuxième et troisième position dans la mémoire 12. A l'instant t1, les organes 01, 02 et ON sont classés respectivement en deuxième, première et troisième position dans la mémoire, comme représenté par 12.1 en pointillés. Et à l'instant t2, les organes 01, 02 et ON sont classés respectivement en première, deuxième et troisième position dans la mémoire, comme représenté par 12.2 en pointillés. En fonction du classement des organes dans la mémoire 12, la puissance disponible est distribuée aux différents organes 01-ON. Ainsi, lors de l'exécution du programme de distribution de puissance, le superviseur 7 émet des signaux d'instructions 11-IN à destination des organes 01-ON. Ces signaux d'instructions 11-IN indiquent aux organes 01-ON la quantité de puissance qu'ils sont autorisés à prélever sur l'alternateur 2. Les organes 01-ON qui émettent les signaux de priorité de niveau haut seront autorisés à prélever plus de puissance que les organes 01-ON qui émettent un signal de priorité de niveau moindre. En effet, lorsqu'un organe 01-ON émet un signal de requête avec un signal de priorité de niveau haut, le superviseur 7 autorise l'organe à prélever la totalité de la puissance demandée. Tandis que lorsqu'un organe 01-ON fait une requête de puissance avec un niveau de priorité bas, le superviseur 7 autorise l'organe à ne prélever qu'une partie de la puissance demandée. Pour calculer la puissance que les organes sont autorisés à prélever, il est possible de pondérer les demandes de puissance par une valeur d'un signal de priorité. Dans ce cas, le niveau du signal de priorité correspondant à une priorité haute vaut 1, tandis que les niveaux des signaux de priorité correspondant à des priorités moyenne ou basse sont inférieurs à 1 et valent respectivement par exemple 0.7 et 0.3. Pour pondérer, on multiplie alors la valeur du niveau du signal de priorité par la valeur de la puissance demandée par l'organe 01-ON. Sur la figure 2, la requête de puissance de l'organe 01 est donc satisfaite en priorité aux instants t0 et t2. En revanche, à l'instant t1, c'est la requête de puissance de l'organe 02 qui est satisfaite en priorité. De cette manière, dans le cas où l'alternateur 2 ne produirait pas assez de puissance, on est sûr que les organes 01-ON qui ont le plus d'influence sur la sécurité et / ou le confort du conducteur seront correctement alimentés. Par ailleurs, dans le cas où un organe 01-ON serait activé, il n'est pas nécessaire que la puissance prélevée par l'alternateur 2 soit instantanément augmentée. En effet, grâce à l'invention, il est possible de fournir de la puissance alternativement aux différents organes 01-ON actionnés, tout en augmentant progressivement la puissance du moteur 3 afin de compenser la puissance prélevée par l'alternateur 2. L'invention permet ainsi de tenir compte du temps de réponse lent du moteur 3 et d'éviter de voir apparaître des ruptures de couple à la roue du véhicule. Dans une mise en ceuvre particulière, on étale la distribution de la puissance disponible dans le temps. Ainsi, la puissance disponible est d'abord distribuée aux organes 01-ON qui émettent les signaux de priorité P1-PN comportant les niveaux les plus élevés, puis aux organes 01-ON qui émettent un signal de priorité de niveau moindre. En variante, on définit deux niveaux de priorité ou plus de trois niveaux de priorité. En variante, on compare les signaux VREEL observables en sortie des organes avec des valeurs seuils déterminées. En variante, pour certains organes critiques, tels qu'un moteur à courant continu utilisé pour l'assistance de la direction du véhicule, un niveau de priorité haut est assigné à tous ses signaux de requête de couple. En variante, certains des organes 01-ON ne sont pas pilotés et prélèvent la puissance dont ils ont besoin sur le bus 5, sans faire de requête de demande de puissance. Dans le cas des voitures hybrides, l'alternateur est remplacé par une machine électrique qui est susceptible de fonctionner en mode générateur. En effet, lorsque cette machine est entraînée par le moteur thermique, elle fournit une puissance aux différents organes électriques de la voiture et le cas échéant à la batterie reliée au bus. REVENDICATIONS 1 - Procédé de distribution de puissances, prélevées par un alternateur (2) sur un moteur (3) thermique, simultanément à plusieurs organes (01-ON) consommateurs de puissance électrique d'un véhicule, caractérisé en ce que : - on distribue ces puissances aux différents organes (01-ON) en fonction de leur besoin de puissance et de l'impact que leur activation aurait, à un instant donné, sur le confort et / ou la sécurité du conducteur et/ou des passagers du véhicule. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - pour chaque organe (01-ON), on produit périodiquement un signal de priorité (P1-PN) et un signal de requête de puissance (R1-RN), - on reçoit les signaux de requête (R1-RN) et de priorité (P1-PN) des différents organes (01-ON), - on compare les niveaux des signaux de priorité (P1-PN) entre eux, et - on distribue les puissances aux différents organes (01-ON) en fonction des niveaux des signaux de priorité (P1-PN). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - on distribue plus de puissance aux organes (01-ON) qui émettent des signaux de priorité (P1-PN) de niveau haut, qu'aux organes (01-ON) qui émettent un signal de priorité (P1-PN) de niveau moindre. 4 - Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce 25 que : - on distribue la puissance d'abord aux organes (01-ON) qui émettent les signaux de priorité (P1-PN) de niveau haut, puis aux organes (01-ON) qui émettent un signal de priorité (P1-PN) de niveau moindre. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce 30 que pour produire un signal de priorité (P1-PN), - on compare une valeur réelle (VREEL) de puissance consommée observable en sortie d'un organe (01-ON) avec une valeur de consigne (VCONS) de puissance observable en entrée de cet organe (01-ON), et - plus cette valeur réelle (VREEL) est éloignée de cette valeur de 35 consigne (VCONS), plus le niveau du signal de priorité (P1-PN) est élevé. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - si la valeur réelle (VREEL) est supérieure à 80% de la valeur de consigne (VCONS), alors le signal de priorité (P1-PN) émis par l'organe (01-ON) possède un niveau bas, - si la valeur réelle (VREEL) est comprise entre 60% et 80% de la valeur de consigne (VCONS) alors le signal de priorité (P1-PN) émis par l'organe (01-ON) possède un niveau moyen, - si la valeur réelle (VREEL) est inférieure à 60% de la valeur de consigne (VCONS) alors le signal de priorité (P1-PN) émis par l'organe (01- ON) possède un niveau haut. 7 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que : - si l'organe (01-ON) émet un signal de priorité (P1-PN) de niveau haut, alors on autorise cet organe à prélever toute la puissance dont il a besoin, tandis que - si l'organe (01-ON) émet un signal de priorité (P1-PN) de niveau bas, alors on autorise cet organe à prélever partiellement la puissance dont il a besoin. 8 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce 20 que : - on émet un signal de requêtes (R1-RN) et un signal de priorité (P1-PN) lui correspondant à l'intérieur d'un même signal. 9 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que : 25 - pour calculer la puissance que l'organe est autorisé à prélever, on pondère la puissance qu'il demande par une valeur du signal de priorité.