Brevet FR2966992A1 — publié le 20120504

PROCEDE DE PROTECTION DES ACCESSOIRES DE LA FAÇADE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE [0001 La présente invention concerne un procédé de protection des 5 accessoires d'un véhicule automobile, lesdits accessoires étant entrainés par la courroie de l'organe générateur de courant électrique. [0002] L'organe générateur de courant électrique peut être un alternateur classique ou un organe équivalent, par exemple, un alterno-démarreur utilisé par exemple dans les voitures hybrides. Par la suite, le terme alternateur 10 désignera de façon générale un générateur de courant actionné à l'aide d'une courroie par le moteur du véhicule. [0003] Un véhicule automobile comporte en façade un grand nombre d'accessoires tels qu'un alternateur, une pompe haute pression, une pompe de direction, un compresseur de climatisation ou encore une pompe à eau. 15 Ces accessoires sont actionnés à l'aide d'une courroie reliée par une poulie au vilebrequin du moteur. Un galet tendeur est généralement utilisé pour tendre la courroie. [0004 Cette disposition permet de transmettre un couple à l'alternateur lui permettant de fournir un courant pour le circuit électrique du véhicule. Ce 20 courant peut varier selon les demandes du circuit de bord (par exemple les demandes d'éclairage, des divers actionneurs, des pompes électriques, de la recharge de la batterie, etc...). La demande de courant peut varier par des actions de l'utilisateur du véhicule (par exemple mise en marche de la radio ou de la climatisation) et par les conditions climatiques, lesquelles impactent 25 le rendement des composants. [0005i Le rendement mécanique et électrique d'un alternateur varie en fonction de sa température. C'est notamment sensible par grand froid, le rendement de l'alternateur étant différent selon que l'alternateur est froid ou qu'il est réchauffé. C'est ce qui est illustré sur la figure 1 qui montre 30 l'évolution du courant d'excitation (en A x 10) d'un alternateur (courbe 10) en fonction du temps t (en secondes) pour une température ambiante de l'alternateur de - 25°C. La courbe 11 montre l'évolution du courant de sortie (en A) délivré par l'alternateur et la courbe 12 montre le couple (en Nm x 10) correspondant prélevé sur la façade accessoires. Le courant fourni (courbe 11) est l'image du couple prélevé par l'alternateur. On remarque que l'alternateur prélève un couple plus important au démarrage que lorsque l'alternateur s'est réchauffé, ceci pour une même consigne de besoin du circuit électrique du véhicule. Le pic de couple (environ 25 Nm au démarrage sur l'exemple de la figure 1) est largement supérieur au couple prélevé par l'alternateur chaud (17 Nm sur l'exemple de la figure 1). Certains accessoires peuvent ne pas supporter ce couple de démarrage sans subir des dommages. C'est par exemple notamment le cas des poulies découpleuses, qui peuvent se casser ou subir un vieillissement accéléré (les poulies découpleuses ont pour but de filtrer les vibrations du moteur et de modérer les sollicitations sur la courroie permettant ainsi de limiter sa tension). Ces dommages peuvent entrainer une perte d'alimentation des accessoires ce qui peut provoquer à terme la casse du moteur ou une dégradation des prestations du véhicule (par exemple, perte de l'assistance de direction). [0006] De plus, la demande de nouveaux accessoires augmente sur les véhicules modernes, l'équipement étant de plus en plus riche. Ce problème d'accroissement de couple prélevé par la courroie peut conduire à l'abandon de certains accessoires et/ou à une augmentation du coût des accessoires. [0007] La présente invention a pour but de fournir une solution aux inconvénients mentionnés et notamment d'éviter les dommages que peuvent subir les accessoires du fait d'un couple trop important, par exemple au démarrage du moteur par grand froid. [000si On connait déjà des dispositifs ayant pour objectif de limiter le couple de la poulie d'un alternateur. Par exemple, le brevet US7766774 (B2) concerne un mécanisme limiteur de couple permettant à la vitesse de la courroie d'un alternateur d'osciller par rapport à la vitesse de rotation de l'alternateur. Ce mécanisme permet surtout de limiter les variations de couples dans la courroie par une action mécanique. Il ne permet pas, notamment, de s'affranchir du pic de couple au démarrage par grand froid et n'empêche donc pas la destruction éventuelle d'accessoires. [0009] La demande de brevet FR2891418 (Al) propose un dispositif de commande d'un alternateur qui a pour but d'augmenter la fiabilité du circuit de commande d'un alternateur en atténuant le courant d'excitation de la bobine de rotor à l'aide d'un simple circuit. Cette demande de brevet ne concerne pas la protection des accessoires. [oolo] La demande de brevet FR2833427 (Al) concerne un contrôleur du courant d'excitation d'un alternateur. Ce contrôleur permet d'annuler une variation du couple d'inertie du rotor d'un alternateur, variation due à un changement de régime moteur. Cependant ce contrôleur n'est pas adapté, par exemple, à une situation de démarrage par grand froid. [0011] La présente invention propose un procédé de protection des accessoires d'un véhicule automobile entrainés par la courroie d'un alternateur, procédé selon lequel on régule le couple fourni par ledit alternateur. La consigne d'excitation de l'alternateur, qui peut être le courant ou la tension d'excitation, est régulée de façon à limiter ledit couple à une valeur maximale prédéterminée. Cette valeur peut être déterminée en fonction des contraintes que peuvent supporter lesdits accessoires, ainsi que de leur tenue en fatigue. [0012] De façon avantageuse, ladite consigne d'excitation est limitée en fonction de la température de l'alternateur. [0013] Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on détermine: - la relation entre, d'une part, le couple fourni par l'alternateur et, d'autre part, la température de l'alternateur et sa consigne d'excitation, et - à partir de ladite relation, la consigne maximale en fonction de la température de l'alternateur et du couple maximum admissible par les accessoires. De préférence: - on impose, à une fréquence prédéterminée (par exemple de l'ordre de la seconde), une consigne d'excitation pour laquelle le couple fourni est inférieur au couple pour lequel l'un desdits accessoires pourrait être endommagé, - on mesure la température de l'alternateur, - on détermine la valeur de consigne maximale en fonction de la température de l'alternateur, et - on applique ladite valeur de consigne maximale audit alternateur. [0014] Selon un autre mode de réalisation, on détermine, en fonction de ladite consigne d'excitation, le temps nécessaire pour que l'alternateur chauffe jusqu'à ce qu'il produise le couple souhaité et on limite la consigne d'excitation tant que ledit temps n'est pas écoulé. Le couple fourni par l'alternateur peut être maintenu à une valeur proche du couple maximum admissible par lesdits accessoires en régulant la consigne d'excitation en fonction du courant ou de la tension de sortie de l'alternateur. La régulation du courant d'excitation peut être effectuée: - en déterminant le courant d'excitation en fonction de la valeur du courant électrique demandé par le véhicule, - en imposant ledit courant d'excitation à l'alternateur, - en déterminant le courant de sortie de l'alternateur, - en comparant ledit courant de sortie avec le courant maximum correspondant au couple maximum admissible, - si le courant de sortie de l'alternateur est inférieur au courant maximum admissible par les accessoires, alors on choisit pour le courant d'excitation la 5 valeur du courant d'excitation équivalent, - si le courant de sortie de l'alternateur est supérieur au courant maximum admissible par les accessoires, alors on diminue le courant d'excitation, et - en réitérant les étapes précédentes à une fréquence prédéterminée (qui peut être par exemple de l'ordre de 0,1 s). 10 Ladite détermination du courant de sortie de l'alternateur peut être effectuée simplement par la lecture dudit courant. [oo15] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins 15 annexés et sur lesquels : - la figure 1 montre les variations du courant d'excitation, du courant de sortie et du couple d'un alternateur de classe 22 dans un environnement à -25°C; - les figures 2 et 3 illustrent un premier mode de mise en oeuvre du 20 procédé avec une régulation en boucle ouverte du courant d'excitation de l'alternateur; et - les figures 4 et 5 illustrent un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé avec une régulation en boucle fermée du courant d'excitation de l'alternateur. 25 [oo16] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0017] La présente invention propose de réguler la consigne d'excitation (courant ou tension) d'un alternateur de façon à ne pas dépasser le couple maximum admissible par les accessoires. A cette fin, le couple extrait par l'alternateur est régulé, de préférence par contrôle d'une commande électrique. Ce contrôle consiste à limiter le couple en jouant sur la consigne d'excitation de l'alternateur. La régulation peut se faire soit en boucle ouverte (figures 2 et 3), soit en boucle fermée (figures 4 et 5). [0018] Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé en boucle ouverte, connaissant la relation entre la température de l'alternateur et son rendement, on limite le courant ou la tension d'excitation en fonction de cette température. Cette relation peut être obtenue simplement par un plan d'expérience sur l'alternateur. Par exemple, pour une température et une tension d'excitation données d'alternateur, on mesure le couple résultant. Puis on en déduit en fonction de la température et du couple maximum que l'on souhaite obtenir, le courant maximum d'excitation à imposer. [0019] Sur la figure 2, la cartographie du courant d'excitation maximum en fonction de la température de l'alternateur est indiquée par le rectangle 20. Cette cartographie est reliée à un régulateur 21 qui reçoit l'information de température 22 de l'alternateur et les besoins 23 du circuit électrique (c'est-à- dire le couple maximum que l'on souhaite avoir). Le régulateur fournit alors la valeur du courant d'excitation 24 de l'alternateur. [0020] Selon un autre mode de mise en oeuvre (non illustré), pour une température d'air au démarrage, on réalise un plan d'expérience donnant en fonction du courant d'excitation, le temps pour que l'alternateur chauffe jusqu'à donner le couple nominal prévu lors de la conception de l'alternateur. On limite alors le courant d'excitation tant que ce temps n'est pas épuisé. Par rapport au premier mode de mise en oeuvre, cette façon de procéder a l'avantage de ne pas nécessiter un capteur de température supplémentaire, sachant que l'information de température de l'air au démarrage est déjà couramment disponible sur les véhicules automobiles actuels. [0021] Pour cette régulation en boucle ouverte, on impose à l'alternateur un courant d'excitation dont on sait par avance qu'il générera un courant, et donc un couple, en-dessous du couple de rupture de l'accessoire le plus fragile. On pourra par exemple avoir les étapes du procédé illustrées sur la figure 3. Sur cette figure, avec une fréquence fixe de l'ordre par exemple de la seconde, une demande de courant d'excitation lexc 1 est demandé par le contrôleur du circuit électrique du véhicule (étape 30); la température Tait de l'alternateur est mesurée (étape 31); dans une cartographie 32, lecture du courant d'excitation maximum lexc max compatible avec la température mesurée Tait de l'alternateur; et saturation (33) si besoin à cette valeur maximale de courant d'excitation de la consigne de courant d'excitation (34) que l'on impose à l'alternateur. En d'autres termes: - si la demande de courant d'excitation lexc 1 est inférieur à lexc max alors le courant d'excitation lexc est choisi égal à lexc 1 , et - si la demande de courant d'excitation lexc 1 est supérieure à lexc max alors le courant d'excitation lexc est choisi égal à lexc max [0022] Selon un autre mode de mise en oeuvre, la régulation de la consigne est effectuée en boucle fermée comme illustré sur les figures 4 et 5. La régulation est effectuée avec une correction à chaque fréquence de mise à jour de la consigne d'excitation. Cette fréquence peut être par exemple de 0,1s afin d'éviter le pic de couple de départ, tel qu'illustré sur la figure 1. Sur la figure 4, une demande de courant (40) est exprimée selon les besoins électriques du véhicule et communiquée à un régulateur (41), la demande étant exprimée par le contrôleur du circuit électrique du véhicule. Le courant d'excitation est calculé (42) et le courant (ou la tension) de sortie de l'alternateur est mesuré (43). La mesure est communiquée au régulateur 41. [0023] Sur la figure 5, le processus en boucle fermée peut alors être le suivant: - le courant lait 1 demandé par le circuit électrique du véhicule est déterminé (50); - le courant d'excitation équivalent de l'alternateur 1 exc 1 est alors calculé (51) en fonction du courant de sortie lait 1 demandé par le circuit électrique 5 du véhicule; - la consigne de courant d'excitation lexc est imposé à l'alternateur (52); - détermination (de préférence par lecture) du courant de sortie de l'alternateur (53); - comparaison de ce courant de sortie au courant maximum correspondant 10 au couple maximum admissible par les accessoires; - diminution de la consigne de courant d'excitation d'une valeurs fixe ou calculée à partir de l'écart entre le courant alternateur sortant mesurée et le courant cible saturé à l'équivalent au couple maxi admissible (54). Le processus ci-dessus est réitéré à la fréquence par exemple de 0,1s. 15 [0024] La régulation de la consigne d'excitation peut être exprimée de la façon suivante (54): - si le courant lait de sortie de l'alternateur est inférieur au courant maximum lalt max admissible par les accessoires, alors on choisit pour le courant d'excitation lexc la valeur du courant d'excitation équivalent lexc 1 20 - si le courant lait de sortie de l'alternateur est supérieur au courant maximum lalt max admissible par les accessoires, alors on diminue le courant d'excitation lexc d'une valeur E. [0025] L'invention peut être mise en oeuvre aisément en codant le contrôleur du moteur. Ce contrôleur est alors adapté à mettre en oeuvre le procédé de protection tel que décrit précédemment. [0026] La présente invention permet de limiter les sollicitations sur les composants de la façade accessoires des véhicules. En contrôlant le couple extrait de l'alternateur (en le limitant) on peut réaliser des gains en pertes mécaniques et donc des gains en consommation de carburant. De plus la fiabilité et la tenue mécanique augmentent. Des gains de prestations peuvent aussi être obtenus et éventuellement une diminution du coût des accessoires car ils sont moins sollicités. La fiabilité du moteur s'en trouve également améliorée. L'invention permet aussi de limiter les risques techniques induits par l'utilisation de différentes technologies d'alternateur car, quelque soit le comportement à froid de l'alternateur, on régulera la consigne d'excitation pour éviter la casse du moteur. [0027] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de protection des accessoires d'un véhicule automobile muni d'un moteur thermique dont le vilebrequin actionne un alternateur à l'aide d'une courroie laquelle entraîne lesdits accessoires, le procédé étant caractérisé en ce que l'on régule le couple fourni par ledit alternateur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la consigne d'excitation (Iexc) de l'alternateur est régulée de façon à limiter ledit couple à une valeur maximale prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite consigne est le courant d'excitation (4,,) ou la tension d'excitation de l'alternateur. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que ladite valeur maximale est déterminée en fonction des contraintes que peuvent supporter lesdits accessoires et de leur tenue en fatigue. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que ladite consigne d'excitation (Iexc) est limitée en fonction de la température de l'alternateur (Tait). Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on détermine: - la relation entre, d'une part, le couple fourni par l'alternateur et, d'autre part, la température de l'alternateur (Tait) et sa consigne d'excitation (Iexc) e et - à partir de ladite relation, la consigne maximale (IeXC_max) en fonction de la température de l'alternateur (Tait) et du couple maximum admissible par les accessoires. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que: - on impose, à une fréquence prédéterminée, une consigne d'excitation pour laquelle le couple fourni est inférieur au couple pour lequel l'un desdits accessoires pourrait être endommagé, - on mesure la température de l'alternateur (31), - on détermine la valeur de consigne maximale (Iexe_mm) en fonction de la température de l'alternateur (Tait), et - on applique ladite valeur de consigne maximale (Iexc_max) audit alternateur. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite fréquence est de l'ordre de la seconde. 9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'on détermine, en fonction de ladite consigne d'excitation, le temps nécessaire pour que l'alternateur chauffe jusqu'à ce qu'il produise le couple souhaitée et en ce qu'on limite la consigne d'excitation tant que ledit temps n'est pas écoulé 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le couple fourni par l'alternateur est maintenu à une valeur proche du couple maximum admissible par lesdits accessoires en régulant la consigne d'excitation (IeXC) en fonction du courant ou de la tension de sortie de l'alternateur. 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la régulation du courant d'excitation est effectuée: - en déterminant le courant d'excitation (la,u) en fonction de la valeur du courant électrique demandé par le véhicule (50), - en imposant ledit courant d'excitation (IeXC) à l'alternateur , - en déterminant le courant de sortie de l'alternateur (lait_) (53), - en comparant ledit courant de sortie (lait) avec le courant maximum correspondant au couple maximum admissible, m si le courant de sortie de l'alternateur (lait) est inférieur au courant maximum admissible par les accessoires (Iatt_max), alors on choisit pour le courant d'excitation (lem) la valeur du courant d'excitation équivalent (lexc 1),- si le courant de sortie de l'alternateur (lait) est supérieur au courant maximum admissible par les accessoires (Ie.max), alors on diminue le courant d'excitation (lem), et - en réitérant les étapes précédentes à une fréquence prédéterminée. 5 12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que ladite fréquence est de l'ordre de 0,1 s. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12 caractérisé en ce que ladite détermination du courant de sortie de l'alternateur (lait) est effectuée par la lecture (53) dudit courant. 10 14. Système de protection des accessoires d'un véhicule automobile muni d'un moteur thermique dont le vilebrequin actionne un alternateur à l'aide d'une courroie laquelle entraine lesdits accessoires, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte un contrôleur adapté à mettre en oeuvre le procédé de protection selon l'une des revendications 15 précédentes. 20 25 30