Brevet FR2945164A1 — publié le 20101105

SYSTEME DE CONTROLE POUR OUVRANT MOTORISE La présente invention se rapporte à un système de contrôle d'un ouvrant motorisé et présentant une fonction anti-pincement. Plus particulièrement, la présente invention vise un système de lève-vitre électrique d'un véhicule automobile. Aujourd'hui, la plupart des lève-vitres électriques sont à commande dite séquentielle. Un appui bref sur des boutons de commande situés sur une platine dans le véhicule permet d'actionner l'ouverture ou la fermeture totale de la vitre. Une telle commande constitue un grand confort d'utilisation pour les passagers du véhicule et notamment pour le conducteur. La fermeture totale de la vitre étant déclenchée par une seule pression sur le bouton de commande correspondant, le système de contrôle doit, pour des raisons de sécurité évidentes, être équipé d'une fonction d'antipincement permettant de détecter la présence d'un obstacle, tel qu'un doigt, et de stopper la fermeture. Plus précisément, la fonction d'anti-pincement vise à détecter un obstacle freinant ou bloquant le mouvement de la vitre en mode séquentiel afin d'arrêter le mouvement de la vitre et éventuellement procéder à une opération de dégagement le cas échéant, de manière à limiter l'effort sur l'obstacle conformément aux normes en vigueur. Actuellement, un système de contrôle de lève-vitre électrique pour véhicule automobile comprend un calculateur dédié qui envoie un signal de commande à un commutateur électrique et impose une tension liée uniquement à la tension d'alimentation pour actionner le moteur électrique dans un sens ou dans un autre, ou son arrêt. La fonction anti-pincement est mise en oeuvre grâce à un anneau magnétique disposé sur le rotor du moteur et dont le champ magnétique est capté par un capteur à effet Hall qui renvoie les impulsions de passage des champs magnétiques nord et sud au calculateur, lui permettant d'obtenir une image de la position relative de l'arbre moteur et donc de reconstituer la position de la vitre au cours de la manoeuvre. La solution actuelle présente le désavantage de nécessiter un calculateur dédié ainsi qu'une solution de mesure nécessitant un capteur à effet Hall et un aimant magnétique couplé à l'arbre moteur. Ceci impose des contraintes sur les ressources nécessaires et les possibilités d'implantation physique de la carte électronique qui doit être installée au plus près du moteur du lève-vitre électrique. La présente invention vise à proposer un système de contrôle pour ouvrant électrique ne présentant pas le problème mentionné précédemment et consiste pour ce faire en un système de contrôle et d'entraînement d'un ouvrant motorisé, comprenant au moins une unité centrale de traitement possédant au moins une entrée de commande, et apte à envoyer un signal de commande à au moins un commutateur conçu pour délivrer une tension de commande au moteur de l'ouvrant en fonction du signal de commande reçu, ledit système de contrôle étant caractérisé en ce que le commutateur est associé à un composant dit � SMART-MOS � piloté apte à retourner à l'unité de traitement une mesure du courant électrique le traversant et représentatif du courant électrique consommé par le moteur. MOS est l'acronyme anglais de metal oxide semiconductor, soit semiconducteur à grille métal-oxyde. Ces composants trouvent de nombreuses applications dans les circuits intégrés numériques ainsi que dans l'électronique de puissance notamment. Les SMART-MOS ou MOS intelligents sont des composants MOS capables de mesurer et de restituer le courant le traversant. Un tel composant est commercialisé par exemple par la société ST microelectronics. Ainsi, en associant le commutateur à un composant � SMARTMOS � piloté permettant un retour vers le processeur d'un signal correspondant à la consommation du courant le traversant, il est possible d'en déduire le couple consommé par le moteur électrique, et par voie de conséquence d'estimer le couple de charge auquel ce dernier est soumis. En cas d'obstacle, le couple de charge augmente tout comme le courant consommé. De ce fait, il n'est plus nécessaire de disposer d'un capteur à effet 30 Hall, ni d'un anneau magnétique sur le rotor. La suppression de ce capteur permet alors de centraliser l'électronique dans un boîtier déporté ce qui permet une plus grande liberté dans la conception physique de cette électronique. Préférentiellement, l'unité de traitement est connectée à une platine 35 de commande. Avantageusement, le commutateur est réalisé à partir d'au moins un composant MOS. Une première variante de réalisation est de réaliser l'ensemble commutateur et composant MOS sous la forme d'au moins quatre composants 5 MOS disposés selon une architecture � pont en H �. De manière avantageuse, le composant MOS est piloté par l'unité de traitement par un signal de type à modulation de largeur d'impulsion. Préférentiellement, le composant MOS est piloté par l'unité de traitement par un signal de type � tout ou rien �. 10 Avantageusement, l'unité de traitement comprend une fonctionnalité anti-pincement apte, lorsque le courant électrique consommé dépasse une valeur prédéterminée, à stopper la manoeuvre de l'ouvrant et/ou initier une manoeuvre de dégagement. Préférentiellement, l'unité de traitement comprend une 15 fonctionnalité de reconstruction de la position de l'ouvrant à partir d'un modèle thermique du moteur. Préférentiellement encore, l'unité de traitement est apte à inhiber et/ou activer des fonctionnalités en fonction de la position reconstruite estimée. Avantageusement, l'unité de traitement est reliée à au moins un 20 capteur de température. La présente invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant au moins un ouvrant motorisé, caractérisé en ce que ledit ouvrant est contrôlé par un système de contrôle selon l'invention. Préférentiellement, l'ouvrant est une vitre, notamment de portière. 25 La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit, en regard du dessin annexé dans lequel : - La figure 1 est une représentation en schéma blocs de l'architecture d'un système de contrôle selon l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique en schéma blocs 30 de l'architecture de contrôle de la fonction anti-pincement du système de la figure 1. - La figure 3 est une représentation schématique en schéma blocs de l'architecture de reconstruction de la position du système de la figure 1. La figure 1 est une représentation en schéma blocs de 35 l'architecture d'un système de contrôle selon l'invention. Le système de contrôle 1 comprend une platine de commande 2 reliée par une liaison 102 à une unité de traitement 3, du type processeur. Cette unité de traitement 3 pilote un ensemble de commutation 4 par le biais d'une liaison 103. L'ensemble de commutation 4 permet d'appliquer à un moteur 5 actionnant l'ouvrant une tension de commande 104 appropriée en fonction du signal envoyé par la platine de commande 2. Le moteur 5 permet de suivre une chaîne cinématique 6 déterminée à partir d'un couple appliqué et d'une vitesse de rotation. Cette chaîne cinématique 6 se traduit en termes de vitesse de l'ouvrant sur son encadrement 7 et en termes d'efforts s'exerçant contre le mouvement de l'ouvrant et permet de détecter la présence d'un obstacle éventuel 8. L'ensemble de commutation 4 comprend un commutateur classiquement utilisé dans de telles applications et permettant notamment d'appliquer au choix une tension nulle, positive ou négative selon le sens de rotation souhaité du moteur 5 ou l'absence de rotation souhaitée. Conformément à l'invention, l'ensemble de commutation 4 comprend également un composant de puissance SMART-MOS associé au commutateur et piloté par le processeur 3 par un signal à modulation de largeur d'impulsion, en particulier un signal de type Tout ou Rien. Ce composant de puissance MOS comprend une sortie retournant par une liaison 113 une mesure du courant le traversant au processeur 3. On notera que le processeur 3 et l'ensemble de commutation 4 pourront être regroupés au sein d'un boîtier calculateur centralisé 10. Comme évoqué précédemment, une variante de réalisation pourra consister à remplacer le commutateur classique par un ou plusieurs composants SMART-MOS. On pourra également réaliser l'ensemble de commutation 30 (composant MOS et commutateur) sous la forme de quatre composants MOS disposés selon une configuration � pont en H �. La présence d'une liaison 113 permettant au processeur 3 de connaître la consommation électrique du moteur permet de supprimer le capteur de position à effet hall utilisé dans l'art antérieur ainsi que l'anneau 35 magnétique disposé sur le rotor du moteur 5. Grâce à l'architecture proposée, la détection d'obstacle s'effectue simplement grâce à la mesure du courant électrique consommé, ce dernier étant l'image du couple consommé, ce qui permet d'avoir une estimation du couple de charge auquel l'obstacle contribue. Le processeur 3 compare alors le courant consommé à un seuil de courant, éventuellement moyenné sur plusieurs manoeuvres de l'ouvrant de manière à prendre en compte des variations lentes au cours du temps et notamment d'usure. Toutefois, l'architecture proposée ne permet alors plus d'obtenir directement une mesure de position de l'ouvrant, une telle mesure étant pourtant exploitée dans une fonction anti-pincement de lève-vitre électrique. En effet, lorsqu'en fin de course la vitre s'engage dans une gorge de son encadrement, une certaine résistance s'exerce sur la vitre, ce qui pourrait déclencher la procédure de détection d'obstacle alors que la vitre est engagée dans la gorge et donc sécurisée par rapport à la survenue d'un obstacle extérieur tel qu'un doigt par exemple. II convient donc de pouvoir reconstruire un suivi de la position de l'ouvrant au cours de la manoeuvre. La figure 2 présente une architecture utilisant cette reconstruction 20 de position. L'ensemble de commutation 4 transmet 113 au processeur 3 une mesure du courant électrique consommé par le moteur 5. Cette mesure constitue une donnée d'entrée pour, d'une part, un module de reconstruction de la position 31 de l'ouvrant au cours de la 25 manoeuvre, et d'autre part, un module de détection d'obstacle 32. Le module de reconstruction de position 31 délivre ainsi une position estimée constituant une donnée d'entrée 311 pour, d'une part, la gestion de profils de manoeuvre, et d'autre part, pour le module de détection d'obstacle 32. 30 Les profils de manoeuvre comprennent notamment un premier profil 34 de manoeuvre normale, c'est-à-dire, sans obstacle, et un profil de dégagement 35, le profil actif envoyant le signal de commande 103 à l'ensemble de commutation 4. Lorsque le module de détection d'obstacle 32 détecte un obstacle, 35 et que la position de l'ouvrant correspond bien à une zone où un obstacle doit être pris en compte, il envoie un signal d'alarme 312 permettant une commutation depuis le profil de manoeuvre normal 34 vers le profil de dégagement 35. Les profils de manoeuvre normale 34 et de dégagement 35 ne font pas l'objet de la présente invention et ne seront pas détaillé ici car dépendent 5 de ce que l'homme du métier souhaite mettre en oeuvre. On notera simplement que de manière avantageuse, le profil de manoeuvre pourra présenter une forme sensiblement trapézoïdale dans lequel le courant d'alimentation diminue à l'approche de la gorge (coulisse) supérieure de la vitre. Un tel profil permettra de diminuer le courant consommé par le 10 moteur 5, de minimiser les pics d'appel de courant ainsi que les contraintes mécaniques s'exerçant sur la vitre. La figure 3 détaille le module de reconstruction de position 31. Comme mentionné précédemment, le reconstructeur de position utilise un modèle thermique du moteur électrique 5. En effet, l'homme du 15 métier connaît les relations électromagnétiques d'un moteur, notamment de type à courant continu à balais, qui équipe classiquement les dispositifs de lève vitre électrique. L'homme du métier sait notamment que la relation entre le courant consommé et la vitesse du moteur ne permet généralement pas de remonter à 20 une donnée de position fiable à cause des variations de températures du moteur (environnementales ou dues à son fonctionnement). La présente invention propose d'utiliser un modèle thermique simplifié permettant d'obtenir une estimation suffisamment fiable et précise de la position du moteur 5. 25 Un modèle électromécanique d'un moteur à balai peut-être exprimé à l'aide des équations suivantes. La relation classique électromécanique permettant d'estimer la vitesse du moteur électrique est : U mot (t)ùRmot (Tmot (t))Imot (t) ù Lmot (T ot(t))dlmot(t) (2.1) &mot (t) _ dt Kmot (Tmot (t)) 30 où : wmot est la vitesse de rotation du moteur 5, Umot est la tension d'alimentation aux bornes du moteur, Rmot est la résistance électrique du moteur, Tmot est la température moyenne du moteur, Imot est le courant électrique alimentant le moteur, Lmot est l'inductance électrique du moteur, Kmot est la constante de couple du moteur. Par simplification sur la composante inductive, il sera possible d'utiliser la relation : &mot (t) = V mot (t) ù R mot ( mot (t ))I mot (t) Kmot (T ot (t� 10 La position peut être estimée par intégration en repérant judicieusement une butée haute ou basse pour recalibration. Cette position de référence est notée p° à l'instant t°. t (2.3) Ymat (t) = fto at (t).dt ù p°at 15 L'équation de vitesse nécessite également la tension appliquée au moteur qui est : (2.4) Umot (t) = Ubatt (t) ù Rtotale 'mot (t) OÙ Ubatt est la tension de la batterie du véhicule. Cette tension est déjà mesurée ou estimée par un calculateur centralisée du véhicule. 20 Dès lors, le moteur électrique peut être considéré comme deux sous-ensembles thermiques, à savoir, un sous-ensemble intérieur rassemblant les éléments rotoriques à la température Tint, et un sous ensemble extérieur rassemblant les éléments statoriques et de culasse à la température Tpeau. Le sous-ensemble intérieur reçoit de la chaleur par effet Joule et 25 échange avec le système extérieur selon la loi de conduction thermique : (2.5) Iint • de nt = p, (t)+ Rint Peaa (t)ùTnt (t)) où R;nt est la résistance thermique du sous ensemble intérieur, et Pj la puissance reçue par effet Joule, classiquement égale à : (2.6) p, (t) = Rmot •I mot (t)2 30 Le sous-ensemble extérieur échange avec le système intérieur par conduction et avec l'air ambiant (à la température Tamb) par convection selon les lois de la thermique : (2.2) (2.7) I peau • dT dt au = ùR peau •p eau (t) + aech •Rpeau •~T nt (t) ù peau (t� + h.S peau •(T mm (t) ù peau (t )) où (peau est l'inertie thermique de l'ensemble extérieur, Rpeau est la résistance thermique de l'ensemble extérieur, aech est le coefficient d'échange entre les sous-ensembles, h est le coefficient convectif de l'air, La température ambiante est mesurée par un capteur propre 36 au véhicule et dont l'information transite par réseau sur le calculateur centralisé. A 10 défaut, une valeur moyenne peut-être utilisée. Par, la suite, il est possible d'estimer une température moyenne du moteur qui sera utilisée dans l'équation (2.1) : (2.8) Tmot (t) = f \peau (t),' nt (t)) Ou de manière simplifiée : 15 (2.9) Tot (t) = peau (t) La figure 3 illustre l'enchaînement de ces calculs. Le module de reconstruction de position 31 obtient par la liaison 113 la mesure du courant électrique consommé par le moteur 5 et transmise 20 par le composant MOS de l'ensemble de commutation 4. Le module 31 procède lors d'une étape 312 au calcul de la puissance échangée par effet joule (équation 2.6). La valeur de l'effet joule calculé est utilisée dans une étape 313 appliquant le modèle thermique du moteur (équations 2.5 et 2.7) utilisant 25 également une valeur de température ambiante obtenue par un capteur interne de température 36. L'étape 313 permet d'obtenir des valeurs des températures des sous-ensembles intérieur et extérieur qui sont utilisées lors d'une étape 314 pour calculer une estimation de la température moyenne du moteur (équation 30 2.8). Cette valeur moyenne est une estimation de la température du moteur qui est utilisée dans le modèle électromécanique du moteur (équation 2.1) lors d'une étape de calcul 315. L'étape 315 nécessite également une valeur de la tension aux 35 bornes du moteur qui est obtenue à partir d'un modèle de ligne électrique (équation 2.4) appliqué lors d'une étape 371 à une mesure de la tension de la batterie, elle-même obtenue depuis le réseau 37 du véhicule. L'estimation de la vitesse du moteur obtenue grâce au modèle électromécanique du moteur appliqué lors de l'étape 315 permet d'obtenir lors d'une étape de calcul 316 une estimation de la position de la vitre (équation 2.3). De manière avantageuse, les équations mentionnées pourront être discrétisées en temps de manière à pouvoir être mises en oeuvre sur un calculateur numérique. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Système de contrôle et d'entraînement (1) d'un ouvrant motorisé, comprenant au moins une unité centrale de traitement (3) possédant au moins une entrée de commande, (102) et apte à envoyer un signal de commande (103) à au moins un commutateur conçu pour délivrer (104) une tension de commande au moteur (5) de l'ouvrant en fonction du signal de commande reçu, ledit système de contrôle étant caractérisé en ce que le commutateur est associé à un composant de type SMART-MOS (4) piloté apte à retourner à l'unité de traitement une mesure (113) du courant électrique le traversant et représentatif du courant électrique consommé par le moteur. 2. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon la revendication 15 1, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) est connectée à une platine de commande (2). 3. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le commutateur 20 est réalisé à partir d'au moins un composant MOS. 4. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble (4) commutateur et composant MOS est réalisé sous la forme d'au moins quatre composants MOS disposés selon une 25 architecture � pont en H �. 5. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant MOS (4) est piloté par l'unité de traitement (3) par un signal (103) de type à 30 modulation de largeur d'impulsion. 6. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composant MOS (4) est piloté par l'unité de traitement (3) par un signal (103) de type � tout ou rien �. 35 7. Système de contrôle et d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) comprend une fonctionnalité anti-pincement (32) apte, lorsque le courant électrique consommé dépasse une valeur prédéterminée, à stopper la manoeuvre de l'ouvrant et/ou initier (312) une manoeuvre de dégagement (35). 8. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) comprend une fonctionnalité de reconstruction de la position (31) de l'ouvrant à partir d'un modèle thermique du moteur. 9. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) est apte à inhiber et/ou activer des fonctionnalités en fonction de la position reconstruite estimée. 10. Système de contrôle et d'entraînement (1) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) est reliée à au moins un capteur de température (36). 20 11. Véhicule automobile comprenant au moins un ouvrant motorisé, caractérisé en ce que ledit ouvrant est contrôlé par un système de contrôle et d'entraînement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Véhicule automobile selon la revendication 11, caractérisé en 25 ce que l'ouvrant est une vitre, notamment de portière.15