Brevet FR2904485A1 — publié le 20080201

Système de détection de la présence d'un obstacle sur le parcours d'un ouvrant de véhicule automobile, actionné par un moteur électrique. La présente invention concerne un système de détection de la pré- sence d'un obstacle sur le parcours d'un ouvrant de véhicule automobile, actionné par un moteur électrique. De plus en plus de véhicules automobiles sont aujourd'hui équipés d'ouvrants motorisés, comme par exemple des portes latérales coulissantes, des toits rétractables, des coffres motorisés, des lève-vitres, etc, actionnés par des moteurs électriques. Toutefois, l'utilisation d'un ouvrant sur un véhicule nécessite de pré-voir un système de sécurité pour éviter que l'ouvrant ne blesse un utilisateur lors de sa fermeture, ou encore pour éviter que l'ouvrant ne soit endommagé si un obstacle est présent sur son parcours lors de sa fermeture/ouverture. Classiquement, un tel système de sécurité comporte un capteur mesurant la position de l'ouvrant sur son parcours et une unité de commande de l'ouvrant qui stoppe l'ouvrant si la vitesse de l'ouvrant, obtenue par dérivation de la position mesurée, chute en deçà d'une valeur limite prédéterminée. Toutefois un tel système peut être pris en défaut dans de nombreuses situations, comme par exemple lorsque le véhicule est sur une pente ou un dévers ou que l'environnement climatique est défavorable (température et/ou hydrométrie élevée). De même, la disparité dans les caractéristiques des ouvrants peut être une source de problème lorsque le système de sécu-rité n'est pas calibré pour l'ouvrant auquel il s'applique. Ce manque de robustesse du système de sécurité classique ne per-met donc pas une détection fiable de la présence d'un obstacle sur le par-cours de l'ouvrant. Le but de la présente invention est de résoudre le problème susmen- tionné. A cet effet, l'invention a pour objet un système de détection de la présence d'un obstacle sur le parcours d'un ouvrant de véhicule automobile, actionné par un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte des 2904485 2 moyens de détermination d'un courant électrique parcourant le moteur et d'un couple de charge résistif vu par celui-ci, et des moyens de détection d'obstacles sur le parcours de l'ouvrant en fonction du courant et du couple résistif déterminés. 5 Suivant des modes particuliers de réalisation, le système comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens de détermination du courant et du couple de charge comprennent : - des moyens d'acquisition de la vitesse de rotation d'un arbre de 10 sortie du moteur électrique et d'un signal de commande de celui-ci ; et - des moyens formant observateur du courant et du couple de charge résistif en fonction de la vitesse de rotation et/ou de la position angulaire du signal de commande ; - les moyens formant observateur sont propres à mettre en oeuvre un 15 observateur par régulation des entrées à partir de deux processus modélisant le moteur électrique chacun régulé par un régulateur, les régulateurs ayant pour entrée de consigne la vitesse de rotation et le signal de commande respectivement, et pour sortie le courant et le couple résistif respectivement ; 20 - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de comparaison de l'intensité du courant estimé à une valeur de seuil et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si l'intensité du courant estimé est supérieure à la valeur nominale de seuil ; - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de 25 détermination de la valeur de seuil prédéterminée en fonction d'une position angulaire d'un arbre de sortie du moteur électrique ; - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de calcul d'une variation d'un courant estimé, des moyens de comparaison de cette variation à une valeur de seuil de variation prédéterminée et des 30 moyens de détermination de la présence d'un obstacle si la variation calcu- lée est supérieure à la valeur de seuil de variation ; - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de comparaison du couple résistif estimé à une valeur de seuil prédéterminée 2904485 3 et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si le couple résistif estimé est supérieur à la valeur de seuil ; - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de détermination de la valeur de seuil en fonction d'une position angulaire d'un 5 arbre de sortie du moteur électrique ; - les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de calcul d'une variation du couple résistif, des moyens de comparaison de cette variation à une valeur de seuil prédéterminée, et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si la variation calculée est supé- 10 rieure à la valeur de seuil ; - il comporte en outre des moyens d'estimation d'un couple de charge du moteur électrique en fonction du couple résistif estimé et d'un modèle de couple ce frottement prédéterminés, et en ce que les moyens de détection d'obstacle sont aptes à détecter un obstacle en fonction du couple de 15 charge estimé ; - les moyens d'estimation du couple de charge comprennent des moyens d'identification du couple de frottement sur une portion de parcours de l'ouvrant libre d'obstacle ; et - les moyens de détection d'obstacles comprennent des moyens de 20 comparaison du couple de charge estimée à une valeur de seuil prédéterminée, et des moyens de détection de la présence d'un obstacle si le couple de charge est supérieur à la valeur de seuil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les 25 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système selon l'invention associé à un ouvrant motorisé ; et - la figure 2 est une vue schématique d'un observateur entrant dans la constitution du système de la figure 1. 30 Sur la figure 1, un ouvrant 10 de véhicule automobile, par exemple une porte coulissante, un toit ouvrant, une vitre ou autres, est entraîné en mouvement par un moteur 12 au travers d'une chaîne cinématique 14 transformant un mouvement de rotation en sortie du moteur 12 en un mou- 2904485 4 vement de déplacement de l'ouvrant 10, comme cela est connu en soi de l'état de la technique. Un système 16 de pilotage du moteur 12 et de détection de la présence d'un obstacle sur le parcours de l'ouvrant 10 comprend un capteur 5 18 mesurant la position angulaire de l'arbre de sortie du moteur 12, un module 20 de traitement connecté au capteur 18 et délivrant en sortie la vitesse angulaire du moteur et un module 22 de commande connecté au capteur 18 et un module de traitement 20. Par exemple, le module 20 met en oeuvre une dérivation numéri- 10 que de la position angulaire mesurée, ou le capteur 18 est un capteur incrémental et le module 20 mesure le temps entre deux positions angulaires du capteur et delà la vitesse angulaire du moteur 12. Le module de commande 22 reçoit en outre sur une entrée 24 un ordre de l'utilisateur du véhicule concernant l'ouverture ou la fermeture de 15 l'ouvrant 10 et calcule en réponse un signal de commande du moteur en fonction de l'ordre reçu, de la position et de la vitesse angulaires du moteur 12. Plus particulièrement, le module 22 met en oeuvre une loi de régulation de la vitesse angulaire du moteur 12 sur une consigne de vitesse 20 prédéterminée correspondant à l'ordre reçu sur l'entrée 24. La commande calculée est alors délivrée au moteur 12 pour la commande de celui-ci, comme cela est également connu en soi de l'état de la technique. Le système 16 comprend également un observateur 26 raccordé au capteur 18 de position angulaire, au module 20 de traitement ainsi qu'à la 25 sortie du module 24 de commande. L'observateur 26 estime, en fonction de la vitesse et de la position angulaires du moteur 12 et de la commande cal-culée par le module 22, le courant parcourant le moteur 12 ainsi que le couple de charge résistif vu par celui-ci sur son arbre de sortie, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite. 30 Un module 28 de détection appartenant au système 16 est connecté à l'observateur 26 pour déterminer en fonction du courant et du couple résistif estimés si un obstacle est présent sur le parcours de l'ouvrant 10 et s'oppose donc au mouvement de celui-ci. 2904485 5 On sait en effet que le module 22, de par la loi de régulation en vitesse mise en oeuvre, commande une augmentation de la puissance du moteur 12 pour contrer l'opposition faite à l'ouvrant par l'obstacle, ce qui se traduit par un courant du moteur augmenté, alors que, par ailleurs, la présence 5 de l'obstacle se traduit par un couple résistif également augmenté. Par exemple, le module 28 de détection compare le courant et/ou le couple résistif estimés à des seuils respectifs prédéterminés et détecte la présence d'un obstacle en cas de dépassement desdits seuils. En variante, le module 28 peut déterminer des caractéristiques 10 dynamiques du courant et/ou du couple résistif estimés, comme par exemple leur vitesse de variation, et détecter la présence d'un obstacle si cette vitesse de variation est supérieure en valeur absolue à un seuil prédétermi-né. Dans une autre variante, le module 28 calcule la vitesse angulaire 15 moyenne du moteur 12 sur une fenêtre temporelle de largeur prédéterminée, détermine l'écart entre la vitesse angulaire instantanée, c'est-à-dire celle délivrée par le module 20 de traitement, et la vitesse angulaire moyenne calculée et détecte la présence d'un obstacle en cas de dépasse-ment d'un seuil prédéterminé par l'écart entre les vitesses angulaires instan- 20 tanée et moyenne. De même, le module 28 peut également mettre en oeuvre une estimation d'un couple de frottement du moteur électrique 12 afin de calculer avec plus de précision le couple résistif opposé au moteur par un obstacle présent sur la course de l'ouvrant 10. 25 Par exemple, ce modèle d'estimation du couple de frottement peut être identifié en ligne lors des premiers instants de déplacement de l'ouvrant en supposant que ce déplacement est libre de tout obstacle. Les valeurs de seuils utilisées pour la comparaison avec le courant et/ou le couple sont déterminées lors d'une étape antérieure ou sont 30 calculées en ligne par le module 28, par exemple par une analyse des variations dynamiques du courant et/ou du couple résistif estimés. De préférence, la valeur de ces seuils est calculée en fonction de la position angulaire du moteur, permettant ainsi de tenir compte de la position de l'ouvrant sur son 2904485 6 parcours. On sait en effet que celui-ci a plus de chances d'être endommagé en début et/ou fin de course. Les valeurs de seuil sont ainsi déterminées plus petites pour ces portions de parcours afin de détecter de manière plus certaine un phénomène s'opposant au parcours de l'ouvrant. 5 Le module 28 de détection est enfin raccordé au module 22 de commande du moteur 12 qui commande de manière appropriée ce dernier lorsqu'un obstacle est détecté par le module 28. Par exemple, le module 22 stoppe le moteur 12 ou inverse le sens de rotation de celui-ci pour que l'ouvrant s'éloigne de l'obstacle. 10 La figure 2 est une vue schématique de l'observateur 26 du sys- tème de la figure 1. Cet observateur 26 est un observateur par régulation des entrées qui utilise des variables connues, ici la commande calculée par le module 22 et la vitesse angulaire déterminée par le module de traitement 20 comme 15 consignes d'une boucle d'asservissement à deux régulateurs. Ces régulateurs sont synthétisés à partir de, et régulent, deux processus équivalents modélisant le moteur 12. La sortie de ces deux régulateurs constitue ainsi des variables estimées, comme cela est à présent expliqué plus en détail. 20 Le moteur électrique 12 est modélisé selon les relations suivantes dans le domaine de Laplace : Lse(s)+RI(s) = Ke u(s)+U(s) (1) Jsw(s) + Mw(s) = KcI(s) + Cf (s) + Cresist (s) (2) où s est la variable de Laplace, I est le courant du moteur, u est la vitesse de rotation du moteur, u est la tension d'excitation du moteur (i.e 25 celle délivrée par le module 22 de commande), Cf est le couple de frotte-ment mécanique du moteur, C ;st est le couple résistif (correspondant à l'ouvrant 10 et à un éventuel obstacle), L est l'inductance de l'induit du moteur, R est la résistance de l'induit du moteur, Ke et Kc sont des constantes du moteur, J est l'inertie du moteur et M un coefficient de frottement vis- 30 queux du moteur. 2904485 7 Un premier module asservi 40 de l'observateur 26 comporte un sous-module 42 recevant en entrée la vitesse angulaire u du module 20 de traitement et un courant du moteur estimé le51 d'un régulateur 44, 46. Le sous-module 42 calcule en fonction de ses entrées m,lest' et 5 en se fondant sur le modèle du moteur 12 selon les relations (1) et (2) précédentes, une tension d'excitation estimée u selon la relation : Uest (s) _ 1 (Kecn(s)+ (Ls + R)lest (s)) (3) su s+1 où 3u est un temps d'application prédéterminé de la commande v du module 22 au moteur 12. 10 Le régulateur 44, 46 reçoit comme entrée de consigne la commande u calculée par le module 22 au niveau d'un soustracteur 44. Le soustracteur 44 reçoit par ailleurs la sortie uest du sous-module 40 et forme l'erreur de régulation U-Vest . Un sous-module de régulation 46 est connecté au soustracteur 44 15 et au sous-module 42, et met en oeuvre une loi de régulation de la commande estimée uest du sous-module 42 sur la commande u du module 22, par exemple une loi de régulation selon la relation : lest = 1 äs+1 sls Ls+R (U -Uest) (4) où gisi est un paramètre prédéterminé choisi pour régler la dynamique du module asservi 40. Un second module asservi 48 de l'observateur 26 comporte quant à lui un sous-module 50 recevant en entrée le courant estimé lest du régula- teur 44, 46 ainsi qu'un couple résistif estimé Cest d'un régulateur 52, 54. Le sous-module 50 calcule en fonction de ses entrées lest,Cest, et 25 en se fondant sur le modèle du moteur 12 selon les relations (1) et (2), une vitesse angulaire estimée areSt selon la relation : West(s)= Js+M (Kclest +Cest) (5) Le régulateur 52, 54 du second module asservi 48 reçoit comme entrée de consigne la vitesse angulaire mesurée par le module de traitement 2904485 8 20 au niveau d'un soustracteur 52. Le soustracteur 52 reçoit également comme entrée la vitesse angulaire estimée est par le sous-module 50 et forme l'erreur de régulation - tu-est . Un sous-module de régulation 54 est connecté au soustracteur 52 5 et met en oeuvre une loi de régulation de la vitesse angulaire estimée West sur la vitesse angulaire mesurée -tu délivrée par le module de traitement 20, par exemple en une loi de régulation selon la relation : Cest + M est a _ 'T'est) (6) = c s où c est un paramètre prédéterminé choisi pour régler la dyna- 10 mique du second module asservi 48. On notera ici que le couple de charge résistif estimé Cest correspond à la somme des couples de frottement cf et résistif cresist apparaissant dans les relations (1) et (2) précédentes. Ainsi, il est possible, si nécessaire, d'estimer le couple du à l'obstacle en connaissant le couple de frotte- 15 ment (qui est inconnu mais estimable à l'aide d'une modélisation) et le couple résistif du à l'ouvrant (qui est connu). Les horizons de temps s; et zc fixent les dynamiques d'observation ainsi qu'un compromis précision/temps inhérent à tout observateur et sont déterminés lors d'une étude antérieure. 20 Le courant estimé et le couple résistif délivrés par l'observateur 26 sont respectivement le courant test et le couple Cest. L'utilisation d'un tel observateur par régulation des entrées est particulièrement avantageuse par rapport aux observateurs classiques comme les observateurs d'états. En effet, le couple résistif du à un obstacle 25 est ici une perturbation exogène sur l'ouvrant. De fait, un observateur sur les variables d'états que sont la vitesse angulaire et le courant ne permet pas de prendre en compte de manière simple et directe une perturbation exogène. Bien qu'il ait été décrit des processus régulés (ceux des modules 30 40 et 48) se fondant sur le modèle du moteur selon les relations (1) et (2) 5 2904485 9 ainsi que des régulateurs calculés à partir de ceux-ci, il est possible d'utiliser d'autres modélisations du moteur et/ou d'autres types de régulations. Par exemple, un modèle du moteur tenant compte des non-linéarités de celui-ci est utilisable. De même, bien qu'il ait été décrit des processus et régulateur en temps continu, on comprendra que des processus et régulateur en temps discret sont utilisables. Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont possibles. REVENDICATIONS 1.- Système de détection de la présence d'un obstacle sur le parcours d'un ouvrant (10) de véhicule automobile, actionné par un moteur électrique (12), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (18, 20, 26) de détermina- tion d'un courant électrique parcourant le moteur et d'un couple de charge résistif vu par celui-ci, et des moyens (28) de détection d'obstacles sur le parcours de l'ouvrant en fonction du courant et du couple résistif déterminés. 2 û Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (18, 20, 26) de détermination du courant et du couple de charge comprennent : - des moyens (18, 20) d'acquisition de la vitesse de rotation d'un arbre de sortie du moteur électrique et d'un signal de commande de celui-ci ; et - des moyens (26) formant observateur du courant et du couple de charge résistif en fonction de la vitesse de rotation et/ou de la position angulaire du signal de commande. 3 û Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (26) formant observateur sont propres à mettre en oeuvre un observateur par régulation des entrées à partir de deux processus modélisant le moteur électrique chacun régulé par un régulateur, les régulateurs ayant pour entrée de consigne la vitesse de rotation et le signal de commande respectivement, et pour sortie le courant et le couple résistif respectivement. 4 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacle comprennent des moyens de comparaison de l'intensité du courant estimé à une valeur de seuil et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si l'intensité du courant estimé est supérieure à la valeur nominale de seuil. 5 û Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détection d'obstacle comprennent des moyens de détermination de la valeur de seuil prédéterminée en fonction d'une position angulaire d'un arbre de sortie du moteur électrique. 6 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacle comprennent 2904485 11 des moyens de calcul d'une variation d'un courant estimé, des moyens de comparaison de cette variation à une valeur de seuil de variation prédéterminée et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si la variation calculée est supérieure à la valeur de seuil de variation. 5 7 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacle comprennent des moyens de comparaison du couple résistif estimé à une valeur de seuil prédéterminée et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si le couple résistif estimé est supérieur à la valeur de seuil. 10 8 û Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacle comprennent des moyens de détermination de la valeur de seuil en fonction d'une position angulaire d'un arbre de sortie du moteur électrique. 9 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacle comprennent des moyens de calcul d'une variation du couple résistif, des moyens de comparaison de cette variation à une valeur de seuil prédéterminée, et des moyens de détermination de la présence d'un obstacle si la variation calculée est supérieure à la valeur de seuil. 20 10 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'estimation d'un couple de charge du moteur électrique en fonction du couple résistif estimé et d'un modèle de couple ce frottement prédéterminés, et en ce que les moyens de détection d'obstacle sont aptes à détecter un obstacle en fonc- 25 tion du couple de charge estimé. 11 û Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'estimation du couple de charge comprennent des moyens d'identification du couple de frottement sur une portion de parcours de l'ouvrant libre d'obstacle. 30 12 û Système selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens (28) de détection d'obstacles comprennent des moyens de comparaison du couple de charge estimée à une valeur de seuil prédétermi- 2904485 12 née, et des moyens de détection de la présence d'un obstacle si le couple de charge est supérieur à la valeur de seuil.