Brevet FR2961967A1 — publié le 20111230

La présente invention est relative à un procédé de gestion de la tension d'alimentation d'un calculateur électronique de véhicule automobile. De nos jours, les calculateurs électroniques embarqués dans les véhicules automobiles comportent un circuit d'alimentation, connecté à la batterie du véhicule et gérant la tension d'alimentation délivrée aux différents composants électroniques contenus dans le calculateur électronique ainsi qu'au microcontrôleur. Le but du circuit d'alimentation est de fournir une tension d'alimentation régulée et stable au microcontrôleur et aux composants, indépendamment des fluctuations de la tension de la batterie et indépendamment des demandes de courant provenant du microcontrôleur et des composants électroniques. En effet, on comprendra que si la tension de la batterie fluctue, par exemple lorsqu'elle baisse au démarrage du moteur, la tension que la batterie délivre au circuit d'alimentation du calculateur électronique baisse aussi. Le circuit d'alimentation du calculateur doit alors s'adapter et compenser cette baisse pour maintenir une tension d'alimentation stable au microcontrôleur et aux composants afin de ne pas impacter leur fonctionnement. Inversement, si la demande de courant du microcontrôleur et/ou des composants au circuit d'alimentation est soudainement plus élevée (par exemple par la mise en marche d'un composant tel que l'air conditionné du véhicule), le circuit d'alimentation doit alors s'adapter à cette hausse de la demande en courant. Or, dans le cas d'un circuit d'alimentation dit « à découpage », le circuit d'alimentation régule la tension d'alimentation en fonction d'une fréquence de charge et de décharge qui est intrinsèque à son circuit. Le découpage consiste à accumuler de l'énergie et la transférer à la charge tout en interrompant de manière cyclique la consommation de courant électrique. La fréquence de fonctionnement d'une alimentation à découpage est prédéterminée et n'est pas toujours adaptée à des phases transitoires très rapides de forte demande ou de forte baisse de courant provenant du microcontrôleur et/ou des composants. Augmenter de manière permanente cette fréquence de régulation de la tension d'alimentation n'est pas possible sans risquer de surchauffer le circuit d'alimentation. Jusqu'à maintenant, pour remédier à ce problème, la régulation de la tension d'alimentation au microcontrôleur et aux composants est réalisée en utilisant des condensateurs de forte valeur de capacité (50 pF) sur la ligne de la tension d'alimentation entre le circuit d'alimentation d'une part et le microcontrôleur et les composants électroniques d'autre part. Ces condensateurs permettent de stabiliser l'alimentation électrique lors des fortes variations de la demande de courant. Ils sont généralement surdimensionnés afin de pouvoir stabiliser la tension même dans les cas extrêmes de fortes variations de la demande de courant. Ceci est connu de l'homme du métier et ne sera pas plus développé ici. L'inconvénient de cette solution est son coût non négligeable dû au surdimensionnement des composants électroniques (ici des condensateurs). De plus, le temps d'adaptation du circuit d'alimentation n'est pas optimisé, puisqu'il ne fait que réagir à la modification de la demande de courant, une fois celle-ci réalisée. Ceci se traduit par le fait que lors des phases de transition, le circuit d'alimentation fournit, pendant quelques instants, (le temps nécessaire aux condensateurs pour réguler la tension) une tension d'alimentation qui n'est pas stable et dont la valeur fluctue en fonction de la phase transitoire et des condensateurs utilisés. C'est cet inconvénient que la présente invention se propose de résoudre. L'invention propose un procédé de gestion de la tension d'alimentation d'un calculateur électronique de véhicule automobile ne nécessitant pas de condensateurs de forte valeur de capacité, et réagissant plus rapidement aux variations de demandes de courant que le dispositif de l'art antérieur. En l'occurrence, l'invention repose sur le fait que l'information sur les variations de demandes de courant imminentes, dues à la mise en marche ou à l'arrêt de composants électroniques gérés par le microcontrôleur, est une information disponible dans le microcontrôleur lui-même. Ceci permet d'anticiper ces variations et d'adapter plus rapidement la tension d'alimentation durant les phases transitoires de variation de la demande de courant. On atteint les buts de l'invention à l'aide d'un procédé de gestion de la tension d'alimentation d'un calculateur électronique d'un véhicule automobile, le calculateur électronique comportant : - un microcontrôleur, - un circuit d'alimentation alimenté par une tension provenant de la batterie et fournissant au microcontrôleur une tension d'alimentation régulée par un régulateur ayant une fréquence de régulation nominale cadencée par une horloge, - au moins un composant électronique, relié au microcontrôleur, et relié au circuit d'alimentation qui lui fournit une tension d'alimentation régulée, - un moyen de communication entre le microcontrôleur et le circuit d'alimentation, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - identification par le microcontrôleur d'une modification imminente de la 35 demande de courant provenant de l'au moins un composant électronique, - envoi par le microcontrôleur au circuit d'alimentation, par l'intermédiaire du moyen de communication, d'une consigne d'augmentation de la fréquence de régulation nominale du circuit d'alimentation, - augmentation, par le circuit d'alimentation, de sa fréquence de régulation nominale à une fréquence de régulation plus élevée pendant une durée prédéterminée mesurée par l'horloge interne au circuit d'alimentation, - lorsque la durée prédéterminée est écoulée, baisse par le circuit d'alimentation de la fréquence de régulation plus élevée à sa fréquence de régulation nominale. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la fréquence de régulation nominale est un signal dont la largeur d'impulsion est modulée et l'augmentation de cette fréquence est réalisée en modifiant la forme de ce signal. Dans un autre mode de réalisation, le régulateur est un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé et l'augmentation de la fréquence de régulation du circuit d'alimentation 15 est réalisée en modifiant les valeurs des paramètres de ce régulateur. Un troisième mode de réalisation combine les deux modes de réalisations précédents. Avantageusement, l'invention propose que la durée prédéterminée est représentative de la durée moyenne typique des phases transitoires de modification de la 20 demande de courant ou est une fonction de la consigne d'augmentation de la fréquence de régulation nominale du circuit d'alimentation. Finalement, l'invention s'applique aussi à tout calculateur électronique d'un véhicule automobile mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 25 lecture de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif et à l'examen des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique du dispositif de gestion de la tension d'alimentation d'un calculateur électronique d'un véhicule automobile, selon l'invention, 30 - la figure 2 est une vue schématique détaillée du circuit d'alimentation d'un calculateur électronique selon l'invention, - la figure 3 est une représentation graphique du procédé de gestion de la tension d'alimentation selon l'invention. Le dispositif de gestion de la tension d'alimentation d'un calculateur électronique 1 35 d'un véhicule automobile (non représenté) est illustré à la figure 1. Le calculateur électronique 1 comporte un microcontrôleur 4, connecté à un ou plusieurs composants électroniques 5 par un moyen de communication 9. Le microcontrôleur 4 gère le fonctionnement de ces composants 5. Il est alimenté en tension et courant par un circuit d'alimentation 3, qui lui fournit une tension et un courant d'alimentation, respectivement Vs et ls, qu'il utilise pour son propre fonctionnement. Les composants 5 sont aussi connectés au circuit d'alimentation 3 et sont alimentés par la même tension et le même courant VS et l5. Le circuit d'alimentation 3 est lui-même alimenté en courant par la batterie 2 du véhicule qui lui fournit une tension V,. La mise en marche de ce circuit d'alimentation 3 dépend de l'état du véhicule et en particulier de l'état de la clé de démarrage 6 qui envoie un signal K lorsqu'elle est engagée, c'est-à-dire lorsque l'utilisateur démarre son véhicule ou simplement met le contact ; ce qui met le calculateur électronique 1 sous tension. Le circuit d'alimentation 3 est représenté à la figure 2. II possède une fréquence de régulation nominale FREF de la tension d'alimentation VS qui est par exemple un signal de type PWM (« Pulse Width Modulation », modulation de largeur d'impulsion) cadencé par une horloge 7 et régulé par un régulateur « Proportionnel Intégral Dérivé », appelé régulateur PID 8 ou régulé par un régulateur. Le microcontrôleur 4 et le circuit d'alimentation 3 sont reliés par une communication série du type bus 9 nécessaire au diagnostic ou à la configuration de l'alimentation. Ce bus de communication bus 9 permet le maintien du microcontrôleur 4 sous tension quelques instants après l'arrêt du véhicule afin de réaliser diverses opérations, par exemple le maintien du ventilateur de refroidissement du moteur lorsque le moteur est arrêté. Selon l'invention, lorsque le microcontrôleur 4 détecte une modification imminente de la demande de courant ID, provenant de l'un des composants 5. Par exemple lorsqu'il détecte qu'une demande de mise en marche ou d'arrêt de l'air conditionné a été réalisé par l'utilisateur (par l'appui sur un bouton de déclenchement sur le tableau de bord du véhicule), le microcontrôleur 4 envoie par le bus de communication 9, et avant même que l'air conditionné ne se mette en marche ou ne s'arrête, une consigne S au circuit d'alimentation 3 demandant une augmentation de sa fréquence de régulation FREF. Ceci afin d'adapter plus rapidement la tension d'alimentation VS à cette augmentation ou baisse de la demande de courant Is. II est à noter que cette détection d'une demande de courant imminente réalisée par le microcontrôleur 4 et provenant des composants 5 est possible car le microcontrôleur 4 gère le fonctionnement de ces composants 5, il est donc relié aux composants par le moyen de communication 9 mais il est aussi relié à tous les interfaces (non représentés) tels que les boutons de mise en marche actionnant leur fonctionnement. Le temps de latence entre la demande de mise en marche ou d'arrêt d'un composant 5, réalisée par l'utilisateur et la mise en marche ou arrêt réel de celui-ci , qui est de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de millisecondes, est largement supérieur au temps nécessaire au microcontrôleur 4 pour envoyer la consigne S au circuit d'alimentation 3. Ce dernier peut donc anticiper la modification de demande de courant ls et modifier sa fréquence de régulation FREF afin de réguler plus rapidement la tension d'alimentation Vs à sa valeur nominale VREF. Ainsi, lors de la mise en marche du composant, c'est-à-dire lors de la modification réelle de la demande de courant ls, le circuit d'alimentation 3 fonctionne déjà à une fréquence de régulation plus élevée FACCEL et adapte plus rapidement la tension d'alimentation Vs à sa valeur nominale VREF. Le procédé de gestion de la tension d'alimentation, selon l'invention, est illustré par une représentation graphique à la figure 3. Sur cette figure 3 sont représentés, selon le temps t : - figure 3a : l'état K de la clé de démarrage 6, 0 correspondant à la clé non engagée, et 1 à la clé engagée, - figure 3b : la demande de courant ls provenant du microcontrôleur 4 et des composants 5, - figure 3c : la tension Vs provenant du circuit d'alimentation 3 en fonction de la modification de la demande de courant ls, - figure 3d : les différentes fréquences FREF ou FACCEL de régulation de la tension d'alimentation prises par le circuit d'alimentation 3 selon différentes phases P0, P1, P2, P3, P4 et P5 définies en fonction des valeurs et des modifications de la demande de courant ls. Lorsque la clé de démarrage 6 est engagée, (position 1 sur la figure 3a), le calculateur électronique 1 est alimenté en courant ls et en une tension Vs = VREF (cf. figures 3b et 3c). Cette phase correspond à la phase P1 de la figure 3b. Pendant cette phase P1, le circuit d'alimentation 3 régule la tension Vs à sa valeur nominale VREF à une fréquence de régulation égale à sa fréquence nominale FREF. Lors d'une augmentation soudaine de courant ls+ provenant du microcontrôleur et/ou des composants 5 (cf. figure 3b), pendant la phase P2, selon l'art antérieur, la tension Vs délivrée par le circuit d'alimentation 3 chute soudainement (cf. ligne en pointillés A sur la figure 3c). Selon l'invention, le circuit d'alimentation 3 qui a reçu préalablement la consigne S à l'instant t1, a déjà augmenté sa fréquence de régulation FREF à une fréquence FACCEL plus élevée (cf. figure 3d), afin d'adapter plus rapidement la tension d'alimentation Vs à cette hausse de la demande de courant ls+. Ainsi la baisse transitoire de la tension d'alimentation Vs est beaucoup plus réduite en amplitude et en durée (cf. ligne continue B sur la figure 3c) qu'avec le dispositif de l'art antérieur. L'utilisation d'une fréquence de régulation plus élevée FACCEL par le circuit d'alimentation 3 est réalisée pendant une durée T prédéterminée. Une fois cette durée prédéterminée T écoulée, le circuit d'alimentation 3 retourne à sa fréquence de régulation nominale FREF pendant la Phase P3 de stabilisation de la demande de courant. La durée prédéterminée T est, par exemple, représentative de la durée moyenne typique des phases transitoires de modification de la demande en courant ls et ne serait excéder quelques millisecondes afin de ne pas surchauffer le circuit d'alimentation 3. Elle peut aussi varier et être dépendante de la consigne S envoyée par le microcontrôleur 4. La phase P4 représente le cas où une baisse de courant IS survient. De la même manière, le procédé selon l'invention permet d'augmenter dès l'instant t3 (dés que la consigne S a été envoyée au circuit d'alimentation avant la phase P4) et pendant une durée prédéterminée T la fréquence de régulation FREF du circuit d'alimentation 3 à une fréquence FACCEL et ainsi de réduire en amplitude et en durée la hausse de la tension VS provoquée par cette baisse de la demande de courant (cf. ligne continue B et ligne en pointillés A sur la figure 3c). L'envoi d'une consigne S du microcontrôleur 4 au circuit d'alimentation 3 ainsi que les changements de la fréquence de régulation du circuit d'alimentation 3 sont réalisés par la programmation des logiciels contenus dans le microcontrôleur 4 et dans le circuit d'alimentation 3 sans ajout de composants électroniques. Le changement de la fréquence de régulation FREF du circuit d'alimentation 3 est réalisé en modifiant le signal de fréquence PWM et/ou en modifiant les paramètres du régulateur PID. La durée prédéterminée T d'utilisation de la fréquence élevée FACCEL est déterminée à l'aide de l'horloge 7 déjà existante dans le circuit d'alimentation 3, reliée au contrôleur PID 8, et qui cadence le signal PWM. L'invention permet ainsi, par rapport à l'art antérieur, de réduire en amplitude et en durée les fluctuations de la tension d'alimentation Vs fournie au microcontrôleur 4 et aux composants 5 lors des phases transitoires de modification de la demande de courant ls. L'invention présente en outre l'avantage d'avoir un faible coût, puisqu'elle est réalisable par simple programmation du logiciel et permet de réduire considérablement la valeur de la capacité des condensateurs de l'art antérieur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. L'invention n'est pas limitée à la régulation de la tension fournie à un microcontrôleur et aux composants dont il gère le fonctionnement et est, bien sûr, applicable à la régulation de la tension fournie à tout composant (capteur, actuateur) électronique dit « intelligent » c'est-à-dire un composant électronique qui a la capacité d'envoyer une consigne au circuit d'alimentation l'avertissant d'une variation de demande de courant imminente due à son arrêt ou sa mise en marche. Elle peut s'appliquer en l'occurrence à des composants électroniques appelés «SMART». REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de la tension d'alimentation (VS) d'un calculateur électronique (1) d'un véhicule automobile, le calculateur électronique (1) comportant : - un microcontrôleur (4), - un circuit d'alimentation (3) alimenté par une tension (V,) provenant d'une batterie (2) et fournissant au microcontrôleur (4) une tension d'alimentation régulée (Vs) par un régulateur (8) ayant une fréquence de régulation nominale (FREF) cadencée par une horloge (7), - au moins un composant électronique (5), relié au microcontrôleur (4), et relié au circuit d'alimentation (3) qui lui fournit une tension d'alimentation régulée (Vs), - un moyen de communication (9) entre le microcontrôleur (4) et le circuit d'alimentation (3), caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - identification par le microcontrôleur (4) d'une modification imminente de la demande de courant (ID) provenant de l'au moins un composant 15 électronique (5), - envoi par le microcontrôleur (4) au circuit d'alimentation (3) par l'intermédiaire du moyen de communication (9), d'une consigne (S) d'augmentation de la fréquence de régulation nominale (FREE) du circuit d'alimentation (3), - augmentation, par le circuit d'alimentation (3), de sa fréquence de régulation 20 (FREF) nominale à une fréquence de régulation plus élevée (FACCEL) pendant une durée prédéterminée (T) mesurée par l'horloge (7) interne au circuit d'alimentation (3), - lorsque la durée prédéterminée (T) est écoulée, baisse par le circuit d'alimentation (3) de la fréquence de régulation plus élevée (FACCEL) à sa 25 fréquence de régulation nominale (FREF). 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de régulation nominale (FREF) est un signal de largeur d'impulsion modulée (PWM) et que l'augmentation de cette fréquence est réalisée en modifiant les caractéristiques de ce signal. 30 3. Procédé de gestion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le régulateur (8) est un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé (8) et que l'augmentation de la fréquence de régulation (FREF) du circuit d'alimentation (3) est réalisée en modifiant les valeurs des paramètres de ce régulateur PID (8). 4. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications précédentes 35 caractérisé en ce que la durée prédéterminée (T) est représentative de la durée moyenne des phases transitoires de modification de la demande de courant (Is). . Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la durée prédéterminée (T) est une fonction de la consigne (S) d'augmentation de la fréquence de régulation nominale (FREF) du circuit d'alimentation (3). 6. Calculateur électronique (1) d'un véhicule automobile mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.