Brevet FR2955421A1 — publié le 20110722

Domaine de l'invention La présente invention est relative à un procédé de commande des actionneurs reliés à un système de réseau électrique embarqué d'un véhicule automobile, le réseau travaillant à des tensions de fonctionnement différentes ou subissant des variations de tensions de réseau dans le temps. L'invention est également relative à un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique La commande d'un quelconque actionneur telle qu'une bobine électromagnétique d'une électrovanne ou le fonctionnement de capteurs d'un véhicule automobile, dépendent de la tension de commande et ainsi de la tension du réseau électrique embarqué dans le système dans lequel est utilisé l'actionneur ; cela dépend également de la possibilité de sollicitation des circuits de l'actionneur ou du capteur. La tension de fonctionnement ou la tension du réseau électrique embarqué peuvent varier entre 6 V et 32 V ou plus. Les véhicules de tourismes actuels et les motocycles ont un réseau embarqué usuel travaillant à une tension de 12 V. En revanche, les camions ont un réseau embarqué fournissant une tension de fonctionnement de 24 V. Pour ces différents réseaux embarqués, il faut jusqu'à présent et en fonction de l'application, développer un circuit pilote propre et les programmes associés, pour garantir une fonctionnalité optimale des actionneurs ou des capteurs même pour des applications de commande complexes. Un exemple d'un système ayant une application de commande complexe pour un actionneur, est le système de dosage de l'agent réducteur d'un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur Diesel, diffusé par la demanderesse sous la dénomination DENOXTRONIC® (Marque Déposée). Ce système qui fait partie d'un système SCR, (c'est-à-dire d'un système de réduction catalytique sélective), a été appliqué avec succès en Europe dès 2004 aux véhicules lourds ; il permet de réduire considérablement les émissions engendrées par les moteurs Diesel. 2 Pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NO. (dénitrification) des moteurs Diesel avec un gaz d'échappement principalement maigre, c'est-à-dire riche en oxygène, ce procédé consiste à ajouter aux gaz d'échappement, une quantité définie d'un agent réducteur à action sélective. Cet agent réducteur peut se présenter par exemple sous la forme d'ammoniac dosé directement dans la veine de gaz ; il peut également s'agir d'une matière première sous la forme d'urée ou d'une solution aqueuse d'urée (HWL). De tels systèmes SCR/HWL ont été appliqués pour la première fois aux véhicules utilitaires. Le document DE 10 139 142 Al, décrit un système de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur thermique qui, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NON, utilise un catalyseur SCR. Ce catalyseur réduit en azote à partir de l'ammoniac, les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, avec un agent réactif. L'ammoniac est obtenu dans le catalyseur d'hydrolyse installé en amont du catalyseur SCR à partir d'une solution aqueuse d'eau (HWL) à partir du AdBlue® (Marque Déposée) résultant de l'industrie. Le catalyseur d'hydrolyse transforme l'urée contenue dans l'agent HWL en ammoniac et en dioxyde de carbone. Dans une seconde étape, l'ammoniac réduit l'oxyde d'azote en azote et en eau comme sous-produit. Le déroulement précis est suffisamment décrit dans la littérature professionnelle (voir le document WEISSWELLER, CIT (72) pages 441-449, 2000). L'agent HWL est fourni par un réservoir d'agent réactif. Selon un exemple pratique, l'actionneur est la bobine électromagnétique de l'injecteur installé dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique Diesel ; cet injecteur introduit de façon dosée la solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement. Jusqu'à présent, pour s'adapter à chaque domaine d'application avec des réseaux électriques embarqués, différents, il fallait adapter les circuits et faire des modifications importantes dans les programmes. Les injecteurs conçus par exemple pour un réseau électrique embarqué fournissant une tension de 12 V, ne peuvent être utilisés tels quels dans un système de réseau électrique embarqué de 3 24 V. Jusqu'à présent, il fallait concevoir un autre injecteur avec un circuit de commande défini conçu spécialement pour une tension de 24 V ou de 12 V et les combiner dans le cadre des programmes d'application à un autre pilote d'injection ou à un diviseur de tension. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé permettant de commander les actionneurs indépendamment de la tension du réseau embarqué pour avoir une grande souplesse d'utilisation et pour réduire les coûts de développement et d'adaptation nécessaires jusqu'alors sur les programmes et les circuits. L'invention a également pour but de développer un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de commande du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on commande le ou les actionneurs avec des signaux de commande à largeur d'impulsion modulée, différents, la largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande, étant réglées indépendamment des signaux mais en fonction de la tension actuelle du réseau embarqué. L'invention a également pour objet un dispositif de commande des actionneurs du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'une unité de commande fournit des signaux de commande à largeur d'impulsion modulée, différents, aux actionneurs, la largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande, étant réglées indépendamment des signaux, et l'unité de commande comporte des installations de détection de la tension actuelle du réseau embarqué ainsi que des unités pilotes qui prédéfinissent par phases, la modulation de largeur d'impulsion des signaux de commande et l'adapte à la tension actuelle du réseau embarqué. Le dispositif résout le problème selon l'invention par son unité de commande fournissant des signaux de commande aux actionneurs en les commandant avec des signaux dont la largeur d'impulsion est modulée, c'est-à-dire des signaux PWM ; la largeur de l'impulsion et la durée de la période des signaux de commande, se règlent indépendamment ; l'unité de commande comporte également 4 des moyens pour détecter la tension actuelle du réseau embarqué, ainsi que les unités pilotes qui prédéfinissent par phases les signaux de commande pour la modulation de largeur d'impulsion PWM et l'adaptent à la tension actuelle du réseau électrique embarqué. Cette fonction peut être implémentée sous la forme d'un circuit et/ ou d'un programme dans l'unité de commande. Comme indiqué, le programme prévoit de commander les actionneurs avec différents signaux de commande à largeur d'impulsion modulée. La largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande sont réglées selon le procédé de manière indépendante et ces paramètres dépendent seulement de la tension actuelle du réseau électrique embarqué. Le procédé et le dispositif selon l'invention pour sa mise en oeuvre permettent de réaliser des applications de commande complexes des actionneurs indépendamment de la tension du réseau embarqué sans avoir à modifier les circuits des actionneurs et/ou des circuits de commande ou encore de faire des adaptations de programme. Cela est particulièrement avantageux pour avoir une plus grande souplesse et réduire les coûts de développement pour l'adaptation. Il importe peu que l'actionneur soit par exemple conçu pour travailler sous une tension de 12 V et on pourra l'utiliser sous des tensions plus élevées, par exemple dans un réseau électrique embarqué fournissant une tension de 24 V. Les circuits et les programmes d'application peuvent être utilisés sans nécessiter de modifications. Selon une variante préférentielle du procédé, pour une variation brusque de la tension du réseau embarqué, on passe par une commutation impulsionnelle, d'une première modulation de largeur d'impulsion sur une seconde modulation de largeur d'impulsion du signal de commande. Cette réaction permet d'éviter des dommages à l'actionneur pendant le fonctionnement. C'est ainsi qu'il est par exemple prévu de diminuer le rapport de travail pour la modulation de largeur d'impulsion si la tension du réseau augmente. Inversement, si la tension du réseau diminue, on augmente le rapport de travail. Selon une autre caractéristique du procédé, en cas de variation continue de la tension du réseau embarqué, on adapte d'une manière quasi-continue la largeur d'impulsion et/ ou la durée de la période du signal de commande. Une augmentation continue de la tension du réseau électrique embarqué, se traduit par exemple par une réduction de l'impulsion haute. En variante, tout en conservant la 5 durée de l'impulsion haute, on augmente l'intervalle de temps entre deux impulsions hautes, successives, du signal de commande à modulation de largeur d'impulsion. Si la tension du réseau embarqué diminue, on agrandit la durée de l'impulsion haute ou on raccourcit l'intervalle entre deux impulsions hautes. Si le niveau de la tension du io réseau embarqué se rapproche de la limite inférieure de la tension pour laquelle est conçu l'actionneur, l'intervalle de temps de deux impulsions hautes successives sera pratiquement nul, si bien que dans ce cas, on aura une commande permanente de l'actionneur. L'adaptation de la longueur des impulsions ou de l'intervalle entre les impulsions, se fait 15 certes dans des étapes isolées, c'est-à-dire d'une impulsion à l'autre, car cela peut se faire dans des intervalles très courts et selon la fréquence de déclenchement, on pourra avoir une adaptation quasi-continue. Les deux variantes d'adaptation sont conçues de préférence pour adapter la modulation de largeur d'impulsion pour 20 qu'indépendamment de la tension actuelle du réseau électrique embarqué, la puissance efficace fournie par le signal de commande reste constante. On évite ainsi en toute sécurité la surcharge de l'actionneur. Selon une autre caractéristique, le signal de commande 25 de l'actionneur est formé à partir de plusieurs signaux modulés en largeur d'impulsion et mis en série, ces signaux ayant par phases, une modulation de largeur d'impulsion différente avec une puissance effective, différente, qui en résulte. Cela permet de varier de manière ciblée la puissance efficace de l'actionneur en fonction du temps. Cette 30 solution peut être avantageuse si l'on veut qu'au branchement, l'actionneur atteigne très rapidement son état permanent. C'est ainsi que par exemple, un actionneur constitué par un élément chauffant, pourra atteindre très rapidement sa température nominale de fonctionnement si cet actionneur est commandé dans sa phase de 35 branchement par un signal PWM ayant un rapport de travail élevé. Mais 6 pour éviter la surchauffe, après cette phase de branchement, il faut de nouveau réduire le rapport de travail. Si pendant une phase de commande active de l'actionneur, on adapte la largeur d'impulsion du signal de commande, on peut réagir directement à la variation de la tension du réseau électrique embarqué. En particulier, pour des phases de commande longues, on pourra réagir immédiatement à une variation de la tension sans avoir à attendre le cycle de commande suivant. Une application particulièrement préférentielle du procédé décrit ci-dessus, est la commande de la bobine électromagnétique constituant l'actionneur dans un injecteur de dosage injectant de l'agent réducteur dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur Diesel. Cet injecteur de dosage ou soupape de dosage, fait partie d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement et il est commandé par l'unité de commande par des pilotes qui sont intégrés dans l'unité de contrôle de dosage de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Pour cela, on a en général un programme d'application relativement compliqué. De manière avantageuse, la bobine électromagnétique de l'injecteur ou soupape de dosage sera commandée en fonction de la demande et selon la sollicitation possible, ce qui s'applique également avec le procédé décrit ci-dessus si la tension du réseau électrique embarqué est très supérieure à la tension de fonctionnement autorisée pour la bobine électromagnétique. L'adaptation au réseau électrique embarqué (modifié), se fait uniquement par les paramètres de l'application. Le programme du pilote transforme ces données en un signal de commande approprié. La puissance, (c'est-à-dire la valeur efficace du signal PWM), peut également être adaptée par phases par différents signaux PWM différents en fonction de la bobine électromagnétique. C'est ainsi que par exemple, la bobine électromagnétique de l'injecteur de dosage, pourra être actionnée au début du cycle de dosage actif avec une puissance efficace plus élevée pour atteindre rapidement l'ouverture de la soupape de dosage. Puis, au cours d'une phase de maintien, on 7 réduit la puissance effective pour avoir un moindre dégagement de chaleur influençant la bobine. Ainsi, au cours d'une commande active de la bobine électromagnétique de l'injecteur de dosage, on adapte le rapport de travail à la tension actuelle du réseau électrique embarqué. Cela est nécessaire si la tension du réseau embarqué varie trop fortement. Pour une augmentation rapide de la tension du réseau embarqué, le courant dans les bobines risquerait d'être trop élevé ce qui se traduirait par un plus fort dégagement de chaleur dans la bobine allant jusqu'à sa destruction. Un affaissement de la tension au cours de la commande active, c'est-à-dire pendant le dosage, pourrait par ailleurs avoir pour conséquence la chute du noyau de la bobine et l'interruption du cycle actuel de dosage ; cela détériorerait les caractéristiques des gaz d'échappement du moteur thermique. Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus permettent d'éviter une telle situation. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un procédé et d'un dispositif représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de l'environnement technique dans lequel s'applique le procédé, - la figure 2 montre le chronogramme d'un signal de commande de l'actionneur, et - la figure 3 montre un autre chronogramme avec une commutation impulsionnelle PWM au cours de la phase de commande de l'actionneur. Description de modes de réalisation du procédé et du dispositif selon l'invention La figure 1 montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'applique le procédé selon l'invention. La figure 1 montre une installation 1 de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur thermique Diesel dont la conduite des gaz d'échappement 10 comporte dans le sens de passage 11 des gaz d'échappement, un catalyseur d'oxydation 12 (Oxi-Cat), un catalyseur SCR (SCR-Cat) ainsi qu'un autre catalyseur 14 installé en aval (Slip- 8 Cat). En aval du catalyseur d'oxydation 12, on a une soupape (ou injecteur) de dosage 50 qui dose de l'agent réducteur (AdBlue®) (Marque Déposée) pour réduire les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. Un élément d'homogénéisation 15 installé dans la conduite des gaz d'échappement 10 assure une turbulence efficace. Pour surveiller les composants installés dans la conduite des gaz d'échappement, pour réguler l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 1, en aval du catalyseur d'oxydation 12 dans le sens de passage des gaz 11 on a un premier capteur d'oxydes d'azote NO. 22 (capteur de température en amont ou capteur d'oxydes d'azote NO. en amont). Du côté de la sortie, dans le même exemple de réalisation, en aval du catalyseur 14, il y a un autre capteur de température 21 (capteur de température aval) ainsi qu'un autre capteur d'oxydes d'azote NO. 23 (capteur d'oxydes d'azote NON, aval). Les capteurs sont reliés à une unité de commande de moteur non représentée, c'est-à-dire à l'unité centrale de commande ECU. La soupape de dosage 50 est alimentée par une conduite d'alimentation 44 avec une unité de dosage 40 qui fournit l'agent réducteur liquide. L'unité de dosage 40 est reliée en entrée à la conduite d'alimentation en agent réducteur 41 et aussi au retour d'agent réducteur 42. Ces conduites sont reliées à un réservoir d'agent réducteur 30 contenant l'agent réducteur. Les éléments 43, 45 assurent qu'aux basses températures ambiantes, l'agent réducteur ne risque pas de geler dans la conduite d'alimentation 41 et dans la conduite de retour 42 ainsi que dans la conduite 44 reliée à l'injecteur. Le réservoir d'agent réducteur 30 de l'exemple présenté, comporte un circuit de refroidissement 31 pour mettre en température l'agent réducteur ainsi qu'un capteur de niveau de remplissage 32 et un capteur de température 33 servant à surveiller l'installation et une unité de commande de dosage 60 reliée à l'entrée de capteur 61. L'unité de contrôle de dosage 60 a une entrée de commande 63 et un accès à un bus de diagnostic 64. L'unité de contrôle de dosage 60 réalise la fonction du procédé selon l'invention avec sa variante sous la forme d'une implémentation de pilote commandé par le programme. La bobine 9 électromagnétique 51 de la soupape de l'injecteur de dosage 50, est commandée par la sortie 62 de l'actionneur de l'unité de commande de dosage 60 par des signaux de commande 71 à modulation de largeur d'impulsion différente, comme cela est représenté à titre d'exemple aux figures 2 et 3 ; la largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande 71, sont réglables indépendamment et en fonction de la tension actuelle appliquée par le réseau électrique embarqué. La figure 2 est une copie écran d'un chronogramme 70 montrant à côté d'autres signaux, le signal de commande 71 de la bobine électromagnétique 51 de l'injecteur de dosage 50 de la figure 1 en fonction du temps 72 pour un cycle de dosage 76. Au début du cycle de dosage 76, pour la phase de branchement 77, on a une modulation de largeur d'impulsion 73 (PWMo) prescrite qui a un rapport de travail relativement élevé se reconnaissant par les intervalles très courts entre les impulsions. La modulation de largeur d'impulsion qui s'applique au branchement 73 (PWMo) est nécessaire pour brancher ou couper rapidement la soupape de dosage 50. Après la phase de mise en marche 77, le rapport de travail diminue si bien que pendant la phase de maintien 78 faisant suite à la phase de branchement 77, on utilise une autre modulation de largeur d'impulsion 74 (PWM1) pour le signal de commande 71. Dans cette phase, la puissance efficace est réduite car il faut moins d'énergie pour tenir le noyau de la bobine. Cela se traduit par un dégagement de chaleur moindre dans la bobine électromagnétique 51 ce qui réduit la consommation d'énergie et surtout un développement excessif de chaleur dans la bobine. La figure 3 montre un autre chronogramme 70 présenté de façon analogue au signal de commande 71 en fonction du temps 72 pour un cycle de dosage 76. A la différence du tracé de la figure 2 du signal de commande à modulation de largeur d'impulsion 71, pendant le cycle de dosage 76, c'est-à-dire pendant la phase active de la soupape de dosage, au cours de la phase de maintien 78, on aura une commutation d'impulsion 79 ; à ce moment, on passe de la modulation de largeur d'impulsion 74 (PWM1) à une autre modulation de largeur d'impulsion 75 (PWM2). Cela est fondé sur le fait que dans l'unique 10 exemple de réalisation, on aura brusquement une montée de la tension du réseau embarqué. Dans ce cas, l'unité de contrôle 60 du dosage corrige automatiquement le signal PWM, par le pilote implémenté. Dans le cas présent, le rapport de travail de la modulation de largeur d'impulsion 75 (PWM2) sera diminué par rapport à la modulation de largeur d'impulsion 74 (PWM1) si bien que la valeur efficace de la puissance absorbée par la bobine électromagnétique 51, reste constante. Cette correction PWM au cours de la phase active peut se faire à la fois lorsque la tension d'alimentation augmente et lorsqu'elle diminue jusqu'à une tension minimale. Ainsi, même pendant la phase de commande prolongée, le pilote pourra réagir immédiatement en fonction des variations. Le procédé et le dispositif selon l'invention, permettent de réaliser des applications de commande, complexes de tels actionneurs indépendamment de la tension du réseau embarqué, sans avoir à modifier le circuit ou à adapter le procédé. Une application préférentielle du procédé, est celle des installations de nettoyage de gaz d'échappement ou système de post-traitement des gaz d'échappement émis par des moteurs Diesel, comme cela est par exemple le cas pour la dernière génération des systèmes DENOXTRONIC (marque déposée). En principe le procédé peut également s'étendre au fonctionnement de capteurs avec différentes tensions de réseau embarqué.25 NOMENCLATURE 1 installation de nettoyage des gaz d'échappement 10 conduite des gaz d'échappement 11 conduite des gaz d'échappement 12 catalyseur d'oxydation 14 catalyseur 20 capteur de température 21 capteur de température 22 capteur d'oxydes d'azote NO. 23 capteur d'oxydes d'azote NO. 30 réservoir d'agent réducteur 31 conduite de retour 32 capteur de niveau d'agent réducteur 33 capteur de température 40 unité de dosage 41 conduite de retour d'agent réducteur 42 conduite d'aller 43, 45 élément chauffant 44 conduite d'alimentation 50 soupape/injecteur de dosage 51 bobine électromagnétique 60 unité de contrôle de dosage 61 entrée de capteur 63 entrée de commande 64 bus de diagnostic 70 chronogramme 71 signal de commande 72 durée d'un cycle de dosage 73 modulation de largeur d'impulsion 74 modulation de largeur d'impulsion 75 modulation de largeur d'impulsion 76 cycle de dosage 77 phase de branchement35 78 phase de maintien 79 commutation d'une impulsion5 REVENDICATIONS1 °) Procédé de commande des actionneurs dans un système de réseau embarqué travaillant avec des tensions de fonctionnement différentes ou des variations de tension de réseau embarqué en fonction du temps, procédé caractérisé en ce qu' on commande le ou les actionneurs avec différents signaux de commande (71) à largeur d'impulsion modulée, * la largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande (71), sont réglées indépendamment des signaux mais dépendant de la tension du réseau embarqué. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une variation brusque de la tension du réseau embarqué, on commute par une commutation impulsionnelle (79) d'une première modulation de largeur d'impulsion (74) sur une seconde modulation de largeur d'impulsion (75) du signal de commande (71). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une variation continue de la tension du réseau embarqué, on adapte de manière quasi-continue la largeur d'impulsion et/ ou la durée de la période du signal de commande (71). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adaptation de la modulation de largeur d'impulsion se fait pour qu'en fonction de la tension du réseau embarqué appliquée à l'instant, la puissance efficace du signal de commande (71) reste constante. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme le signal de commande (71) de l'actionneur à partir de plusieurs signaux à largeur d'impulsion modulée, mis en série dans le temps, et qui ont par phases, une modulation de largeur d'impulsion 14 (73, 74) différente avec chaque fois des puissances efficaces résultantes, différentes. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant une phase de commande active, de l'actionneur, on adapte la largeur d'impulsion du signal de commande (71). 7°) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 6 pour commander un actionneur constitué par une bobine électromagnétique (51) d'une soupape de dosage (50) pour injecter un agent réducteur dans la conduite des gaz d'échappement (10) d'un moteur Diesel. 8°) Dispositif de commande des actionneurs reliés à un système de réseau embarqué travaillant avec des tensions de fonctionnement différentes ou des variations différentes de la tension du réseau embarqué, les signaux de commande (71) des actionneurs étant prédéfinis par une unité de commande, dispositif caractérisé par une unité de commande fournissant différents signaux de commande (71) à largeur d'impulsion modulée, fournis aux actionneurs, * la largeur d'impulsion et la durée de la période des signaux de commande (71), sont réglées indépendamment des signaux, et * l'unité de commande comporte des installations de détection de la tension actuelle du réseau embarqué ainsi que des unités pilotes qui prédéfinissent par phase, la modulation de largeur d'impulsion (73, 74, 75) des signaux de commande (71) et l'adapte à la tension actuelle du réseau embarqué. 9°) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fonctionnalité de l'unité de commande est intégrée dans une unité de commande de dosage (60) d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (1) d'un moteur thermique Diesel pour commander la bobine électromagnétique (51) constituant l'actionneur d'une soupape 5de dosage (50) pour injecter un agent réducteur dans la conduite des gaz d'échappement (10) du moteur à combustion interne Diesel. lo