Brevet FR2920633A1 — publié le 20090306

PROCEDE DE COMMANDE DE LA PUISSANCE MOYENNE DISSIPEE PAR UNE LAMPE DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE L'invention traite de la durée de vie des lampes dans un véhicule et plus particulièrement un procédé permettant de prolonger la durée de vie d'une lampe branchée sur le réseau électrique d'un véhicule automobile. L'éclairement ou la puissance d'une lampe dépend du courant dans la lampe. Des circuits sont classiquement utilisés pour commander, réguler ou modifier ce courant. Une technique généralement utilisée est de contrôler le courant moyen et l'intensité moyenne dans la lampe en la pilotant avec un signal fréquentiel modulé en largeur d'impulsion (MLI) ou Pulse Width Modulation (PWM) en anglais. La variation du rapport cyclique du signal PWM permet d'ajuster le courant dans la lampe et ainsi de contrôler sa puissance moyenne dissipée. Toutefois, la durée de vie d'une lampe à incandescences alimentée par un réseau de bord ou batterie d'un véhicule automobile, est affectée par le niveau de tension sur ce réseau. Le fonctionnement d'un alternateur peut avoir une influence sur la tension du réseau de bord, ce qui peut générer notamment des niveaux de tension élevés pouvant réduire la durée de vie des lampes. De plus, avec la mise en place de fonctions telle que I�( allumage des feux le jour� appelée également � Day Time Running Light �, la durée pendant laquelle la lampe est allumée, est augmentée, ce qui contribue à augmenter la fréquence de changement des lampes. Il est un besoin d'augmenter la durée de vie des lampes sans altérer leur puissance moyenne dissipée et leur flux lumineux, notamment lorsque les lampes sont de plus en plus sollicitées et dont l'accès est peu aisé. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé simple, permettant de prolonger une durée de vie d'une lampe d'un véhicule tout en palliant les inconvénients précités. Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé de commande de la puissance moyenne dissipée par une lampe dans un véhicule automobile comportant une étape au cours de laquelle on module un signal en largeur d'impulsion (PWM) de rapport cyclique pour commander l'intensité moyenne dans la lampe comportant une étape au cours de laquelle on détermine le rapport cyclique en fonction de la tension de réseau de bord de manière à ce que la puissance moyenne dissipée par la lampe est constante lorsque la tension de réseau de bord est sensiblement supérieure à un seuil prédéterminé. Un tel procédé permet de garantir l'obtention de 100% de durée de vie des lampes pilotées. Ce procédé de commande des lampes permet avantageusement d'optimiser la durée de vie des lampes vis-à-vis des variations de tension du réseau de bord. La durée de vie d'une lampe allumée plus fréquemment est améliorée. Un tel procédé permet également d'obtenir une valeur de flux constant, c'est-à-dire une puissance moyenne dissipée constante et optimum. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on peut déterminer le rapport cyclique fi par la relation : ,l3 = C Vbat -Vi , la puissance moyenne constante dissipée par la lampe Pmoy étant sensiblement _ ,l3 x (V) Z = ,13 x (Vbat - Vi)Z où C représente une tension " R R constante déterminée en fonction de la durée de vie de la lampe souhaitée, Vbat représente la tension du réseau de bord, VI représente la chute de tension due à la résistance de ligne associée à la lampe et R la résistance de la lampe, - pour une durée de vie souhaitée sensiblement de 100%, on peut déterminer le égale à : rapport cyclique de PWM par la relation : ,l3 = 13.1 \Vbat V1 i , la tension constante C étant sensiblement inférieure à la tension du réseau de bord pour laquelle la durée de vie d'une lampe est sensiblement de 100% de manière à prendre en compte des chutes de tension intérieures à l'élément intégrant la lampe, -la constante C peut être sensiblement égale à 13.1V, le rapport cyclique de PWM étant déterminé par la relation suivante : ,l3 = i ,\Vbat \Vbat VI / 25 - on peut utiliser une fréquence de modulation sensiblement égale à 100Hz, - on peut déterminer le rapport cyclique par une interpolation linéaire sur trois points tels que le rapport cyclique est o sensiblement égal à 0,67 lorsque la tension du réseau de bord est sensiblement égale à 16V, o sensiblement égal à 0.82 lorsque la tension de réseau de bord sensiblement égale à 13.5V, o sensiblement égal à 1 lorsque la tension de réseau de bord est sensiblement égale à 13.1V, - le rapport cyclique peut être sensiblement constant et égal à 0,67 lorsque la tension du réseau de bord est sensiblement supérieure à 16V, et sensiblement constant et égal à 1 lorsque la tension de réseau de bord est sensiblement inférieure à 13.1V. Un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé permet de compenser les chutes de tension de l'alimentation de chacune des lampes ainsi pilotées. Selon une autre caractéristique, on peut utiliser ce procédé pour alimenter toute lampe à 10 incandescence. L'invention concerne également un véhicule automobile comportant des lampes d'éclairage extérieur ou intérieur de type lampe à incandescences qui utilise ce procédé pour l'éclairage desdites lampes. 15 L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente deux courbes donnant respectivement la durée de vie d'une lampe et son éclairement en fonction de la tension du réseau de bord. 20 - la figure 2 représente un dispositif de commande selon l'invention - la figure 3 représente une courbe du rapport cyclique du PWM pour une fréquence sensiblement égale à 100 Hz en fonction de la tension du réseau de bord. - La figure 4 représente une courbe de la puissance dissipée par une lampe en fonction de la tension du réseau de bord du dispositif de la figure 2. 25 Le principe de modulation de largeur d'impulsion est un principe connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit dans toute la suite de la description. Les tensions de réseaux de bord de véhicule automobile varient généralement sensiblement entre 12.5V et 16V en mode de fonctionnement, et s'établit fréquemment 30 sensiblement autour de 14.5V. A la figure 1, on a représenté la courbe de la durée de vie d'une lampe et la courbe d'éclairement d'une lampe en fonction de la tension du réseau de bord d'un véhicule. On peut constater que la durée de vie d'une lampe est sensiblement de 100% pour une tension5 sensiblement égale à 13.2V, et que celle-ci est fortement réduite quand la tension à ses bornes augmente. Un procédé de pilotage des lampes selon l'invention consiste à utiliser un signal fréquentiel dont le rapport cyclique de PWM est variable, pour fournir aux lampes le courant qui leur est nécessaire afin de dissiper une puissance moyenne constante, et prolonger leur durée de vie. A la figure 2, un dispositif de commande, ou calculateur 1 permet de piloter des lampes d'un véhicule automobile en utilisant un signal fréquentiel dont le rapport cyclique est variable. A cet effet, le calculateur 1 relié par des fils aux lampes à piloter, comporte un bloc 2 d'acquisition de la tension du réseau de bord, un bloc 3 de demande d'allumage des feux, deux blocs 4 et 5 de correction de perte de ligne respectivement pour la lampe droite et pour la lampe gauche, un bloc 6 d'asservissement générant un rapport cyclique de modulation de largeur d'impulsions MLI ou PWM, et un bloc 7 permettant de piloter les lampes avec un signal fréquentiel utilisant le rapport cyclique de PWM calculé par le bloc 6. Ce bloc 6 met à jour la valeur cyclique du PWM à intervalles de temps réguliers pour compenser les variations dynamiques du réseau de bord, la rapidité de mise à jour de la valeur du PWM étant en cohérence avec les vitesses de variations du réseau de bord. Lorsque le bloc 3 de demande d'allumage du calculateur 1 reçoit par exemple, par l'intermédiaire du bus CAN du véhicule, des données de commande d'allumage, le bloc 6 d'asservissement calcule le rapport cyclique de PWM et envoie un signal correspondant au bloc 7 pour amplifier le signal nécessaire pour que la lampe dissipe la puissance moyenne constante souhaitée. Le calcul du rapport cyclique de PWM tient compte de plusieurs paramètres et notamment des chutes de tension dues aux résistances de lignes reliant les lampes au calculateur 1. En effet, compte tenu de la disposition du calculateur 1 dans le compartiment moteur et de la localisation des lampes, les longueurs des fils gauche et droit reliant le calculateur 1 respectivement à la lampe gauche et à la lampe droite ainsi que les retours de masse, ne sont sensiblement pas les mêmes. Les chutes de tension dues aux fils sont alors sensiblement différentes. Les blocs 4 et 5 permettent de tenir compte de ces chutes de tension, et envoient en entrée du bloc 6 d'asservissement par exemple des signaux d'amplitudes correspondant respectivement sensiblement à la chute de tension due au fil gauche Vlg pour la lampe gauche et à celle due au fil droit Vld pour la lampe droite. Ainsi le calcul du rapport cyclique de PWM pour chaque lampe, tient compte des chutes de tension respectives dues aux résistances de lignes de chaque lampe. Le bloc 7 est relié à la tension du réseau de bord et comporte deux organes 71 et 72 de pilotage de puissance, par exemple des Transistors MOSFET. Chaque organe de puissance 71,72 est alimenté par l'alimentation de la batterie, et reçoit en entrée un signal PWM. La variation du rapport cyclique du signal PWM permet d'ajuster le courant qui est amplifié par les organes de puissance 71, 72 pour piloter les lampes. Dans la suite de la description, nous ne différencierons pas la lampe gauche de la lampe droite. Les calculs sont expliqués de manière générale pour une lampe. Une chute de tension Vlg pour la lampe gauche ou Vld pour la lampe droite sera notée VI . Il sera compris que dans le dispositif de la figure 1, les lampes peuvent également être pilotées par un seul et même organe de puissance, et que les chutes de tension Vlg pour la lampe gauche et Vld pour la lampe droite peuvent être les mêmes. La durée de vie d'une lampe sensiblement de 100% est obtenue pour une tension de batterie sensiblement égale à 13.2V. Or l'évaluation des résistances de ligne précédemment décrite ne prend en compte que le câblage allant du calculateur 1 à l'entrée du projecteur ou de la lampe et le retour de masse, et ne tient pas compte notamment de l'éventuelle existence de fil à l'intérieur du projecteur. Ainsi, pour tenir compte de ce paramètre éventuel et garantir une durée de vie des lampes de 100%, l'asservissement est réalisé par le bloc 6 pour un point de fonctionnement nominal par exemple sensiblement inférieur à celui de 13.2V, par exemple de 13.1V. Ce point de fonctionnement nominal choisi est alors celui pour lequel la tension de réseau de bord est sensiblement de 13.1V de façon à garantir une durée de vie d'au moins 100%, et de ne pas avoir une durée de vie de lampe inférieure à 100%. La puissance dissipée par la lampe est alors sensiblement toujours constante par rapport à celle qu'on obtiendrait pour une tension de réseau de bord de 13.1 V et qui garantirait une durée de vie de 100%. Il sera compris que l'exemple précité n'est pas limitatif et que le point de fonctionnement nominal utilisé pour réaliser l'asservissement dépend de la durée de vie de la lampe que l'on souhaite obtenir, étant entendu qu'il faut tenir compte par exemple d'éventuelles résistances de lignes intérieures à l'élément intégrant les lampes, par exemple le projecteur. Le calcul du rapport cyclique pour chaque lampe est déterminé à l'aide des calculs qui suivent. La puissance moyenne P oy dissipée par la lampe est définie par : P oy =fax R où R représente la résistance de la lampe, V =Vbat ûVI représente la tension Vbat de réseau de bord qui tient compte de la chute de tension due à la résistance de ligne associée à la lampe. Tel que précisé ci-dessus, VI =Vlg si le rapport cyclique est calculé pour la lampe gauche, ou VI =Vld si le rapport cyclique est calculé pour la lampe droite. La valeur du rapport cyclique R, est définie ci-dessous au point de fonctionnement nominal de 13.1V, est : - pour une tension V =Vbat ûV1 13.1V , f3 =1, (V)2 - pour une tension V =Vbat ûVI >13.1V , f3 = i 13.1 2 \Vbat ùvl / La puissance moyenne dissipée P.), s'écrit alors : P ûfax (V)2 13.1 x (Vbat ùVI )2 /13.1`2 moy R \ Vbat VI / R R / On constate que la puissance moyenne dissipée par une lampe conformément à cet asservissement ne dépend pas de la tension du réseau de bord Vbat . A la figure 3 et à la figure 4, on a représenté respectivement le rapport cyclique fi en fonction de la tension de réseau de bord (courbe 31 à la figure 3), et la puissance dissipée par la lampe en fonction de la tension de réseau de bord pour l'asservissement décrit ci-dessus pour une lampe de 21 Watt à une fréquence f sensiblement égale à 100 Hz. L'étude des figures 3 et 4 montre que cet asservissement permet d'obtenir une régulation efficace vis-à-vis des fluctuations du réseau de bord. Cet asservissement permet d'assurer une puissance dissipée constante même avec un rapport cyclique fi faible, et la puissance dissipée est constante et optimum. Ces calculs ont été effectués pour une fréquence sensiblement comprise entre 80 Hz et 150 Hz, et de préférence sensiblement égale à 100 Hz, ce qui permet au filament de ne pas subir de variation de température. Une augmentation de cette fréquence n'est pas nécessaire et au contraire risque de générer des problèmes liés au comportement de compatibilité électromagnétique CEM dans le véhicule et de limiter la dissipation de la puissance par commutation dans l'organe de pilotage en puissance 71 et 72. Selon un autre mode de réalisation, le rapport cyclique est obtenu par une interpolation linéaire sur quelques points A, B, C tels que représentés à la figure 3 sur la courbe 32. Par exemple pour OV, 13.1V, 14.5V et 16V, le rapport cyclique est respectivement égal à 1, 1, 0.82, 0.67 conformément à la figure 3. Par une interpolation linéaire sur ces points A, B, C, on obtient le rapport cyclique,. Ce rapport cyclique est sensiblement constant et égal à 1 pour des tensions de réseau de bord sensiblement inférieures à 13.1V et sensiblement constant et égal à 0.67 pour des tensions supérieures à 16V. En procédant ainsi, on économise les ressources logicielles pour effectuer le calcul du rapport cyclique. Un tel procédé permet de piloter la puissance d'une lampe sans toucher à la tension du réseau de bord. La commande de la puissance d'une lampe est régulée quelle que soit la tension du réseau de bord Vbat du véhicule automobile sensiblement supérieure à 13.1V +Vl. La lampe dissipe une puissance constante, et a une durée de vie garantie augmentée. Le procédé permet avantageusement de garantir une durée de vie de lampe d'au moins de 100%. L'utilisation de ce procédé peut avantageusement être étendu à des fonctions d'éclairage telles que les celles des feux de position ou feux de route. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de la puissance moyenne dissipée par une lampe dans un véhicule automobile comportant une étape au cours de laquelle on module un signal en largeur d'impulsion (PWM) de rapport cyclique (fi) pour commander l'intensité moyenne dans la lampe caractérisé en ce qu'on détermine le rapport cyclique (fi) en fonction de la tension de réseau de bord (Vbat) de manière à ce que la puissance moyenne dissipée par la lampe est constante lorsque la tension de réseau de bord est sensiblement supérieure à un seuil prédéterminé. 2. Procédé de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on détermine le rapport cyclique fi par la relation : fi= ( C .2 Vbat ù V , la puissance moyenne constante dissipée par la lampe 2 -v)2 P,noy, = /3 x R = x (Vbat R Vi ou C représente une tension constante déterminée en fonction de la durée de vie de la lampe souhaitée, Vbat représente la tension du réseau de bord, V, représente la chute de tension due à la résistance de ligne associée à la lampe et R la résistance de la lampe. P1zOy étant sensiblement égale à : 20 3. Procédé de commande selon la revendication 2 caractérisé en ce que pour une durée de vie souhaitée sensiblement de 100%, on détermine le rapport cyclique par \.Vbat ù V! / , la tension constante C étant sensiblement inférieure à la tension du réseau de bord pour laquelle la durée de vie d'une lampe est 25 sensiblement de 100% de manière à prendre en compte des chutes de tension intérieures à l'élément intégrant la lampe. ( 13.1 la relation : fi = \2 4. Procédé de commande selon la revendication précédente caractérisé en ce que la constante C est sensiblement égale à 13.1V, le rapport cyclique étant déterminé par C \2 ' 13.1 .2 la relation suivante : /3 = _ Vbat ùVI ) Vbat ùVI 5. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on utilise une fréquence de modulation sensiblement égale à 100Hz. 6. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine le rapport cyclique (/3) par une interpolation linéaire sur trois points tels que le rapport cyclique est sensiblement a. égal à 0,67 lorsque la tension du réseau de bord (Vbat) est sensiblement égale à 16V, b. égal à 0.82 lorsque la tension de réseau de bord (Vbat) sensiblement égale à 13.5V, c. égal à 1 lorsque la tension de réseau de bord (Vbat) est sensiblement égale à 13.1V. 7. Procédé de commande selon la revendication 6 caractérisé en ce que le rapport cyclique (fi) est sensiblement constant et égal à 0,67 lorsque la tension du réseau de bord (Vbat) est sensiblement supérieure à 16V, et sensiblement constant et égal à 20 1 lorsque la tension de réseau de bord est sensiblement inférieure à 13.1V. 8. Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour éclairer une lampe à incandescence. 25 9. Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour éclairer une lampe d'éclairage extérieure ou intérieure de type lampe à incandescence d'un véhicule automobile.