Brevet FR2944658A1 — publié le 20101022

PROCEDE DE CONTROLE DE LA CHARGE PROGRESSIVE D'UN ALTERNATEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne un procédé de contrôle de la charge progressive d'un alternateur d'un véhicule automobile, destiné à produire une tension d'alimentation électrique du réseau de bord de celui-ci en réponse à un courant d'excitation appliqué à l'alternateur. 1 o Des procédés de contrôle de la charge progressive d'un alternateur de véhicule automobile sont déjà connus. La fonction de charge progressive dans un alternateur permet notamment d'éviter le calage du moteur thermique lorsque celui-ci fonctionne à basse vitesse, particulièrement en régime de ralenti, et que des charges 15 électriques importantes sont activées dans le véhicule. La fonction de charge progressive prévient un calage du moteur thermique en interdisant un accroissement rapide du couple prélevé sur le moteur thermique par l'alternateur en cas d'enclenchement d'une charge électrique importante. Pour cela, des variations importantes du courant 20 d'excitation appliquées sur le rotor de l'alternateur sont limitées par la fonction de charge progressive. Par exemple, en considérant une variation de charge électrique de 50 Ampères sous 15 Volts, soit 750 Watts, avec un rendement alternateur de 50%, la variation de puissance mécanique prélevée sur le moteur est de 1500 25 Watts et représente environ 13% de la puissance fournie en régime de ralenti par un moteur thermique de puissance moyenne. Une telle variation de charge peut dans certains cas provoquer un calage du moteur thermique. Les Figs.1A et 1B mettent en évidence des avantages et inconvénients apportés par la fonction de charge progressive dans le contrôle 3o de l'alternateur. Ces figures correspondent à une situation dans laquelle l'alternateur fonctionne à une vitesse constante dans une plage de vitesse 2 d'alternateur dans laquelle la fonction de charge progressive est activée, à savoir, une vitesse comprise entre NALT = 0 tr/mn à NALT = NALT-S. Au-delà de la vitesse NALT_S, par exemple NALT_S = 3000 tr/mn (soit un régime moteur de 1000 tr/mn environ), la fonction de charge progressive est inhibée car la moteur thermique développe alors une puissance suffisante pour éliminer tout risque de calage. La Fig.1A montre les effets sur le couple FALT prélevé par l'alternateur sur le moteur thermique et sur la tension régulée UBA fournie par l'alternateur lors par exemple d'une variation de charge électrique L30/90 sur un 1 o alternateur, c'est-à-dire de 30% à 90% de la puissance nominale de l'alternateur, dans un alternateur non équipé de la fonction de charge progressive. Comme cela apparaît à la Fig.1A, lorsque intervient la variation de charge L30/90, une boucle de régulation de la tension UBA, prévue dans 15 l'alternateur, provoque une forte augmentation du rapport cyclique DCExc d'un courant d'excitation Iexc de type PWM (pour � Pulse Width Modulation � en terminologie anglaise) qui alimente une bobine d'excitation de rotor de l'alternateur. Dans l'exemple de la Fig.1A, ce rapport cyclique passe de 40 à 80% 20 en passant par un pic de 100%, et la valeur moyenne continue (montrée à la Fig.1A) du courant d'excitation Iexc subit une variation brutale qui est répercutée sur le couple MALT prélevé par l'alternateur sur le moteur thermique. Une telle variation brutale est susceptible de provoquer un calage du moteur thermique. 25 Par contre, sans la fonction de charge progressive, la boucle de régulation fonctionne pleinement pour maintenir la tension UBA à sa valeur de consigne. Il en découle une faible variation Al UBA de la tension UBA grâce à la forte variation autorisée du courant d'excitation Iexc et consécutivement du couple [ALT prélevé. 3 La Fig.1 B montre les effets sur le couple FALT prélevé par l'alternateur sur le moteur thermique et sur la tension régulée UBA fournie par l'alternateur lors par exemple d'une variation de charge électrique L30/90 sur un alternateur, c'est-à-dire de 30% à 90% de la puissance nominale de l'alternateur, dans un alternateur équipé de la fonction de charge progressive. Comme cela apparaît à la Fig.1B, lorsque apparaît la variation de charge L30/90, la variation du rapport cyclique DCExc de 40 à 80% intervient en � douceur � du fait de l'action de la fonction de charge progressive. Il en découle que le courant d'excitation lexc et le couple FALT varient de manière 1 o progressive et le moteur thermique n'est pas sollicité de façon brutale, ce qui minimise le risque de calage du moteur thermique. Par contre, avec la fonction de charge progressive, du fait de la limitation de la variation du rapport cyclique DCExc, la boucle de régulation de la tension UBA est � bridée � et il apparaît une variation sensible A2UBA de la 15 tension UBA lors de la variation de charge L30/90. Cette variation sensible de la tension UBA est un des inconvénients connus de la fonction de charge progressive et peut provoquer certains désagréments notamment dans des situations de variations périodiques de la charge de l'alternateur. 20 Par exemple, une situation de variation périodique de la charge de l'alternateur intervient lorsque les feux de détresse du véhicule sont activés. Ces variations périodiques de la charge de l'alternateur introduisent une variation périodique de la tension UBA et consécutivement, par exemple, une perturbation visuelle dans les faisceaux lumineux des projecteurs d'éclairage 25 du véhicule lorsque ceux-ci sont activés. Il est connu dans la technique antérieure des gestions particulières de la fonction de charge progressive dans ces situations de commutation périodique de la charge de l'alternateur. De manière générale, ces solutions de la technique antérieure font 3o appel à l'utilisation d'un signal intermédiaire RCP dit �de retour de charge 4 progressive � qui définit une valeur maximale autorisée du rapport cyclique DCExc. Lors d'une commutation croissante de charge, la valeur du rapport cyclique DCExc est actualisée à la valeur du signal RCP. L'évolution du signal de retour de charge progressive RCP est gérée dans le temps par la fonction de charge progressive. Cette gestion autorise certains sauts du rapport cyclique DCExc pour les commutations croissantes de charge intervenant après une première commutation croissante de charge de manière à limiter des variations de tension ultérieures intervenant après la première variation de tension Al UBA. Les Figs.2A et 2B montrent un fonctionnement de la charge progressive dans une situation dans laquelle la vitesse NALT de l'alternateur chute et passe d'une vitesse N1ALT, pour laquelle la fonction de charge progressive n'est pas active, à une vitesse N2ALT inférieure de la vitesse NALT-S et pour laquelle la fonction de charge progressive s'enclenche et limite le rapport cyclique DCExc. Une telle situation se produit par exemple lors d'un ralentissement du véhicule lorsque intervient une opération de freinage. Comme montré à la Fig.2A, l'accroissement du rapport cyclique DCExc commandé par la boucle de régulation, consécutivement à la chute de vitesse et à la baisse de tension corrélative, est limité selon la portion de courbe B par la fonction de charge progressive, ce qui conduit à une chute significative, A21 UBA, de la tension UBA. Sans l'action de la fonction de charge progressive, l'accroissement du rapport cyclique DCExc commandé par la boucle de régulation aurait évolué selon la portion de courbe A et aurait conduit à une chute de la tension UBA sensiblement inférieure. La Fig.2B montre le comportement de l'alternateur lorsque la fonction de charge progressive comporte l'utilisation d'un signal intermédiaire RCP définissant une valeur maximale autorisée du rapport cyclique DCExc. Comme le montre la Fig.2B, dans une telle situation, tant que la vitesse de rotation NALT=N1ALT de l'alternateur est supérieure à la vitesse de seuil NALT-S, le rapport cyclique DCExc autorisé par le signal intermédiaire RCP est à sa valeur maximum, soit 100%. Lorsque la vitesse NALT passe en dessous du seuil NALT-S, une décroissance linéaire (portion repérée C) du signal intermédiaire RCP, selon 5 une pente prédéterminée par la fonction de charge progressive, est commandée de manière à imposer une limite supérieure à l'évolution du rapport cyclique DCExc. Dans les solutions connues, en l'absence d'accroissement de la charge électrique, cette décroissance du signal RCP se poursuit jusqu'à se stabiliser à la valeur effective du rapport cyclique DCExc. 1 o Ainsi, lorsqu'une sollicitation de charge supplémentaire intervient après cette stabilisation, aucun saut du rapport cyclique DCExc ne devrait être autorisé, puisque la valeur maximale du rapport cyclique DCExc, donnée par le signal RCP, est égale à la valeur actuelle du rapport cyclique DCExc. Le rapport cyclique DCExc ne pourra alors croître que selon une pente de charge 15 progressive déterminée et imposée par le signal RCP afin d'éviter un accroissement brutal du couple r'ALT• La Fig.2B montre une situation possible avec les solutions de la technique antérieure, selon laquelle un accroissement D de la charge électrique intervient après une stabilisation (à 70% dans cet exemple) du 20 rapport cyclique DCExc alors que la valeur (85% dans cet exemple) du signal RCP n'a pas encore rejoint la valeur stabilisée (70%) du rapport cyclique DCExc. Dans un tel cas, la fonction de charge progressive autorise un saut E du rapport cyclique DCExc compte tenu que le signal intermédiaire RCP a une valeur (85% dans cet exemple) qui est supérieure à la valeur stabilisée (70%) 25 du rapport cyclique DCExc à l'instant où intervient l'accroissement D de la charge électrique. Dans cet exemple, la valeur du rapport cyclique DCExc passe de 70% à 80% et se stabilise ensuite à cette valeur. Dans cette situation, comme montré à la Fig.2B, le couple [ALT subit un accroissement brutal F pouvant provoquer un calage du moteur 30 thermique, alors que la fonction de charge progressive est active. 6 De manière plus générale, la situation ci-dessus d'un accroissement brutal F pourrait également se produire dans des cas de variations de régime moteur intervenant à l'intérieur de la plage de vitesse d'alternateur dans laquelle la fonction de charge progressive est activée, sans nécessité d'un retour de la vitesse NALT dans la plage d'activation de la charge progressive comme dans l'exemple ci-dessus. Il apparaît donc nécessaire de proposer un perfectionnement de la fonction de charge progressive dans un alternateur de façon à éviter un calage possible du moteur thermique dans la situation où un accroissement 1 o de la charge électrique intervient alors que le signal intermédiaire de retour de charge progressive n'a pas encore atteint une valeur stabilisée du rapport cyclique du courant d'excitation de l'alternateur. Selon un premier aspect, la présente invention fournit un procédé de contrôle de la charge progressive d'un alternateur d'un véhicule automobile, 15 l'alternateur comprenant un stator, un rotor muni d'un bobinage d'excitation, des moyens de régulation de tension agissant sur un courant d'excitation fourni au bobinage d'excitation pour réguler une tension de sortie de l'alternateur et des moyens de contrôle de charge progressive déterminant, à travers une limitation du courant d'excitation à une valeur maximale, un 20 couple mécanique maximal que I' alternateur est susceptible de prélever sur un moteur thermique du véhicule automobile, le couple mécanique maximal étant déterminé en fonction d'une vitesse de rotation de l'alternateur, les moyens de contrôle de charge progressive comportant un signal dit de retour de charge progressive indiquant la valeur maximale que peut prendre le 25 courant d'excitation. Conformément à l'invention, lorsque le courant d'excitation prend une valeur stabilisée, le signal de retour de charge progressive est actualisé de manière à indiquer une valeur de courant maximale du courant d'excitation égale à ladite valeur stabilisée. Selon une mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, 30 le courant d'excitation est un signal de type à largeur d'impulsion variable et le 7 signal de retour de charge progressive indique la valeur de courant maximale à travers un rapport cyclique maximal du courant d'excitation. Selon une autre caractéristique, le signal de retour de charge progressive est actualisé de manière à indiquer un rapport cyclique maximal dudit courant d'excitation égal à un rapport cyclique stabilisé correspondant à ladite valeur stabilisée. Selon encore une autre caractéristique, le signal de retour de charge progressive indique une valeur de courant maximale décroissante lorsque la vitesse de rotation de l'alternateur décroît et entre dans une plage de vitesse 1 o de rotation dans laquelle les moyens de contrôle de charge progressive sont activés. Selon encore une autre caractéristique, le signal de retour de charge progressive indique une valeur de courant maximale croissante lorsque l'alternateur est soumis à un accroissement de charge électrique et la vitesse 15 de rotation de l'alternateur est dans une plage de vitesse de rotation dans laquelle les moyens de contrôle de charge progressive sont activés. Selon un second aspect, la présente invention fournit un alternateur pour véhicule automobile comprenant un stator, un rotor muni d'un bobinage d'excitation, des moyens de régulation de tension agissant sur un courant 20 d'excitation fourni audit bobinage d'excitation pour réguler une tension de sortie dudit alternateur et des moyens de contrôle de charge progressive. Conformément à l'invention, les moyens de contrôle de charge progressive comportent des moyens aptes à la mise en oeuvre du procédé décrit brièvement ci-dessus. 25 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous d'un mode de réalisation de la présente invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - les Figs.1A et 1B sont des courbes montrant un exemple de 30 fonctionnement de la charge progressive selon la technique antérieure 8 lorsqu'un accroissement de la charge électrique intervient dans un régime de basse vitesse stabilisée ; - les Figs.2A et 2B sont des courbes montrant un exemple de fonctionnement de la charge progressive selon la technique antérieure lorsqu'un accroissement de la charge électrique intervient lors d'un retour dans un régime de basse vitesse provoquant un enclenchement de la fonction de charge progressive, après un régime de vitesse plus élevé dans lequel la fonction n'était pas enclenchée ; et - la Fig.3 montre des courbes pour un exemple de fonctionnement de la charge progressive selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention. En référence à la Fig.3, il est maintenant décrit le fonctionnement de la charge progressive dans la situation de la Fig.2B décrite ci-dessus, mais avec la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. A la Fig.3, le signal intermédiaire RCP, initialement à la valeur de 100%, comporte une portion de décroissance CC selon une pente prédéterminée. Cette portion de décroissance CC, comme la portion C de la Fig.2B, est consécutive à une diminution de la vitesse NALT. Parallèlement à la diminution de la vitesse NALT et à la décroissance CC du signal intermédiaire RCP, le rapport cyclique DCExc augmente consécutivement à l'action de la boucle de régulation de tension de manière à compenser l'effet de la diminution de vitesse sur la tension de sortie de l'alternateur. Comme montré à la Fig.3, le rapport cyclique DCExc se stabilise, en fin de phase de croissance, à une valeur de 70% (portion G). Conformément au procédé de l'invention, lorsque la valeur du rapport cyclique DCExc est stabilisée, il est procédé à une actualisation (portion H) de la valeur du signal intermédiaire RCP à la valeur stabilisée du rapport cyclique DCExc. Dans cet exemple, le signal intermédiaire RCP est donc actualisé à la valeur de 70%. 9 Selon l'invention, une telle actualisation de la valeur du signal intermédiaire RCP à la valeur stabilisée du rapport cyclique DCExc intervient de manière générale lorsque la vitesse de l'alternateur NALT est dans la plage de fonctionnement de la charge progressive. Comme montré à la Fig.3, lorsque apparaît l'accroissement D de la charge électrique, le signal intermédiaire RCP s'accroît selon une pente prédéterminée de charge progressive (portion I) et autorise une augmentation progressive correspondante (portion I') du rapport cyclique DCExc (de 70% à 80% dans l'exemple de la Fig.3). Une charge progressive est ainsi imposée i o selon une pente prédéterminée et le couple FALT ne subit pas d'accroissement brutal (portion J de MALT) , évitant ainsi un risque de calage du moteur thermique. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la charge progressive d'un alternateur d'un véhicule automobile, ledit alternateur comprenant un stator, un rotor muni d'un bobinage d'excitation, des moyens de régulation de tension agissant sur un courant d'excitation fourni audit bobinage d'excitation pour réguler une tension de sortie dudit alternateur et des moyens de contrôle de charge progressive déterminant, à travers une limitation dudit courant d'excitation à une valeur 1 o maximale, un couple mécanique maximal que ledit alternateur est susceptible de prélever sur un moteur thermique dudit véhicule automobile, ledit couple mécanique maximal étant déterminé en fonction d'une vitesse de rotation (NALT) dudit alternateur, lesdits moyens de contrôle de charge progressive comportant un signal dit de retour de charge progressive (RCP) indiquant 15 ladite valeur maximale que peut prendre ledit courant d'excitation (Iexc), caractérisé en ce que lorsque ledit courant d'excitation prend une valeur stabilisée (G), ledit signal de retour de charge progressive (RCP) est actualisé (H) de manière à indiquer une valeur de courant maximale dudit courant d'excitation égale à ladite valeur stabilisée. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit courant d'excitation est un signal de type à largeur d'impulsion variable et ledit signal de retour de charge progressive indique ladite valeur de courant maximale à travers un rapport cyclique maximal dudit courant d'excitation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal de retour de charge progressive est actualisé de manière à indiquer un rapport cyclique maximal dudit courant d'excitation égal à un rapport cyclique stabilisé correspondant à ladite valeur stabilisée. 25 30 11 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit signal de retour de charge progressive indique une valeur de courant maximale décroissante (CC) lorsque ladite vitesse de rotation dudit alternateur décroît et entre dans une plage de vitesse de rotation dans laquelle lesdits moyens de contrôle de charge progressive sont activés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit signal de retour de charge progressive indique une valeur de courant maximale croissante (I) lorsque ledit alternateur est soumis à un 1 o accroissement de charge électrique (D) et ladite vitesse de rotation dudit alternateur est dans une plage de vitesse de rotation dans laquelle lesdits moyens de contrôle de charge progressive sont activés. 6. Alternateur pour véhicule automobile comprenant un stator, un rotor 15 muni d'un bobinage d'excitation, des moyens de régulation de tension agissant sur un courant d'excitation fourni audit bobinage d'excitation pour réguler une tension de sortie dudit alternateur et des moyens de contrôle de charge progressive, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle de charge progressive comportent des moyens aptes à la mise en oeuvre du 20 procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.