Brevet FR3098169A1 — publié le 20210108

Description Titre de l'invention : Dispositif d'essuyage pour véhicule automobile, véhicule automobile et procédé de commande d'un moteur électrique. [00ol] Des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention concernent le domaine des dispositifs d'essuyage des véhicules automobiles. [0002] Il est connu d'utiliser un moteur électrique pour actionner les dispositifs d'essuyage des véhicules automobiles. De plus, afin de limiter les coûts liés au moteur électrique, il est connu d'utiliser un moteur électrique unidirectionnel couplé à une tringlerie configurée pour transformer le mouvement de rotation du moteur élecnique en mouvement alternatif de va-et-vient du ou des bras d'essuyage. [0003] Cependant, avec les architectures actuelles des dispositifs d'essuyage, la tringlerie entraîne un bruit important lors du retournement du ou des bras d'essuyage. De plus, du fait des contraintes mécaniques importantes lors du retournement, la tringlerie doit être dimensionnée en conséquence afin d'éviter une usure précoce. [0004] La présente invention vise donc à résoudre au moins partiellement les problèmes des dispositifs d'essuyage de l'état de la technique mentionnés précédemment en proposant une solution permettant de réduire le bruit et les contraintes mécaniques associés au retournement du ou des bras d'essuyage. [0005] A cet effet, il est proposé un dispositif d'essuyage pour véhicule automobile comprenant: - un moteur élecnique unidirectionnel, - un mécanisme d'entraînement lié au moteur électrique comprenant au moins un bras sur lequel vient se fixer un balai d'essuyage et configuré pour permettre un mouvement alternatif du balai d'essuyage, - une unité de commande du moteur élecnique configurée pour piloter le moteur électrique en rotation à une vitesse de consigne sélectionnée, dans lequel l'unité de commande est configurée pour réduire la vitesse de rotation du moteur électrique d'une valeur prédéterminée lorsque le balai d'essuyage est. dans une zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement dudit balai d'essuyage. [0006] Avantageusement, un telle réduction de vitesse de rotation du moteur électrique permet de limiter des contraintes mécaniques et des bruits lors des phases de retournement dudit. balai d'essuyage. [0007] Selon un mode de réalisation, l'unité de commande est configurée pour déterminer la zone angulaire prédéfinie à partir d'une mesure d'un courant au niveau du moteur 2 électrique. [0008] Selon un autre mode de réalisation, la zone angulaire prédéfinie correspond à une réduction du courant mesuré d'un pourcentage prédéfini. [0009] Selon un autre mode de réalisation, l'unité de commande est configurée pour dé- terminer la zone angulaire à partir d'un signal issu d'un capteur d'arrêt associé à une position de retournement du balai d'essuyage et d'un minuteur permettant l'estimation des positions intermédiaires entre deux détections du capteur d'arrêt. [0010] Selon un autre mode de réalisation, le mécanisme d'entraînement comprend un capteur à effet Hall configure pour déterminer au moins une position de retournement du balai d'essuyage. [0011] Selon un autre mode de réalisation, la zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement est comprise entre 5 et 20' autour de ladite position de retournement. [0012] Selon un autre mode de réalisation, la valeur prédéterminée de réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique est comprise entre 20 et 50 % de la vitesse de consigne sélectionnée. [0013] Selon encore un autre mode de réalisation, la valeur prédéterminée de réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique dépend de la vitesse de consigne sélectionnée pour entraîner le moteur électrique. [0014] Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile comprenant un dispositif d'essuyage selon l'une des revendications précédentes. [0015] Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de commande d'un moteur électrique pour un dispositif d'essuyage de véhicule automobile, ledit dispositif d'essuyage comprenant : - un moteur électrique unidirectionnel, - un mécanisme d'entraînement comprenant au moins un bras sur lequel vient se fixer un balai d'essuyage et configurée pour permettre un mouvement alternatif du balai d'essuyage, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on commande la rotation du moteur électrique en fonction d'une vitesse de consigne sélectionnée, - on détermine la présence du balai d'essuyage dans une zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement dudit balai d'essuyage, - on réduit la vitesse de rotation du moteur électrique d'une valeur prédéterminée lorsque le balai d'essuyage est dans la zone angulaire prédéfinie. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels : 3 [0017] [fig.1] représente une vue schématique en perspective d'un pare-brise d'un véhicule automobile et d'un dispositif d'essuyage associé; [0018] [fig.2] représente un graphique de la tension de commande fournie au moteur électrique en fonction de la position angulaire du balai d'essuyage; [0019] [fig.3] représente un graphique du courant du moteur électrique en fonction de la position angulaire du balai d'essuyage; [0020] [fig.4] représente un schéma d'un mécanisme réducteur comprenant un capteur de position selon un premier mode de réalisation; [0021] [fig.5] représente un schéma d'un mécanisme réducteur comprenant un capteur de position selon un deuxième mode de réalisation; [0022] [fig.6] représente un organigramme d'un procédé de commande d'un moteur électrique; [0023] Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. [0024] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. [0025] Des modes de réalisation de l'invention concernent un dispositif d'essuyage 1 pour véhicule automobile comprenant au moins un élément d'essuyage tel qu'un balai d'essuyage. [0026] La figure 1 représente un exemple d'un tel dispositif d'essuyage 1 disposé au niveau d'un pare-brise 3 d'un véhicule automobile 5. Le dispositif d'essuyage 1 comprend deux balais d'essuyage 7 montés respectivement sur deux bras d'essuyage 9 entraînés par un moteur électrique unidirectionnel 11 via un mécanisme d'entraînement 13. Le mécanisme d'entraînement 13 comprend un réducteur 15 relié à l'arbre de sortie lla du moteur électrique 11 et une timonerie 17 configurée pour convertir le mouvement de rotation de l'arbre de sortie lia du moteur électrique 11 en un mouvement alterné de va-et-vient (représenté par les flèches F) des bras d'essuyage 9 entre les positions de retournement notées IW et OW représentées en pointillés. Les positions de retournement correspondent aux positions angulaires extrêmes entre lesquelles se font le mouvement de va et vient des balais d'essuyage 7. Cependant l'invention ne se limite pas à cette configuration de dispositif d'essuyage 1 mais peut également s'appliquer à des dispositifs différents, par exemple des dispositifs ayant un nombre de balais d'essuyage différents ou disposé sur d'autres éléments du véhicule, etc. [0027] Le dispositif d'essuyage 1 comprend également une unité de commande 19 du moteur électrique 11 configurée pour piloter le moteur électrique 11 en rotation. L'unité de commande 19 est par exemple configurée pour appliquer une modulation à largeur d'impulsions (« Pulse Width Modulation : PWM » en langue anglaise) sur une tension d'alimentation continue pour fournir un signal de commande du moteur électrique 11. Les caractéristiques de la modulation à largeur d'impulsions et notamment le rapport cyclique sont prédéterminées en fonction d'une vitesse de consigne sélectionnée. Par exemple une première vitesse de consigne peut correspondre à un rapport cyclique de 50 % de la modulation à largeur d'impulsions et une deuxième vitesse de consigne supérieure à la première vitesse de consigne peut correspondre à un rapport cyclique de 70 %. Pour appliquer cette modulation, l'unité de commande 19 comprend par exemple un onduleur dont l'état passant et l'état bloqué des transistors sont pilotées selon la modulation à largeur d'impulsion. [0028] La figure 2 représente un exemple de la tension d'alimentation fournie au moteur électrique en fonction de la position angulaire a des balais d'essuyage 7. La réduction de la tension d'alimentation au niveau des positions de retournement IW et OW correspond par exemple à une réduction comprise entre 20 et 50 %, notamment entre 30 et 50 % de la valeur de la tension nominale fournie par la modulation à largeur d'impulsions. Cependant, il est à noter que cette réduction de 20 à 50 % correspond à la réduction de vitesse au niveau de la position de retournement (1W ou OW) par rapport à la vitesse de consigne, la réduction de la vitesse jusqu'à cette valeur ainsi que la ré-accélération jusqu'à la valeur de consigne étant progressives. Cette réduction peut être différente en fonction de la vitesse de consigne sélectionnée (par exemple une réduction plus importante lorsque le rapport cyclique associé à la vitesse de consigne est de 70 % et plus faible lorsque le rapport cyclique associé à la vitesse de consigne est de 50%). [0029] Les balais d'essuyage 7 sont entraînés en déplacement par la timonerie 17 à partir d'une position Po de repos (également appelé « parking position » en anglais) représentée sur la figure 1 puis de manière alternative entre une première position extrême de retournement notée 1W située à proximité de Po et une deuxième position extrême de retournement OW (les positions 1W et OW sont représentées en pointillés). L'écart angulaire entre les positions Po et 1W est par exemple compris entre 0 et 50 tandis que l'écart angulaire entre les positions 1W et OW est par exemple supérieur à 90°. [0030] Afin de limiter les contraintes mécaniques appliquées à la timonerie 17 au moment des retournements, c'est-à-dire lorsque les balais d'essuyage 7 sont dans les positions de retournement 1W et OW, ainsi que pour réduire le bruit lié aux retournements, l'unité de commande 19 est également configurée pour réduire la vitesse de rotation du moteur électrique 11 lorsque les balais d'essuyage 7 sont dans une zone angulaire prédéfinie Z autour des positions de retournement 1W et OW comme représenté sur la figure 2. [0031] Cette zone angulaire prédéfinie Z autour des positions de retournement IW et OW est par exemple comprise entre 5 et 20' autour des positions de retournement. Le ralentissement progressif du moteur électrique 11 est par exemple initié lorsque les balais d'essuyage 7 sont positionnés 10' avant la position de retournement et l'accélération des balais d'essuyage après leur passage de la position de retournement IW ou OW est progressive sur une étendue dc 10' de sorte qu'à la sortie de la zone angulaire prédéfinie Z, le moteur électrique 11 est de nouveau piloté à une vitesse correspondant à la vitesse de consigne sélectionnée. [0032] Afin de réduire la vitesse de rotation du moteur électrique 11 lorsque les balais d'essuyage 7 sont dans la zone angulaire prédéfinie Z, il est nécessaire de connaître la position angulaire des balais d'essuyage 7. [0033] Pour cela, différentes techniques peuvent être utilisées. [0034] Une première solution consiste à utiliser un capteur de position dédié permettant de détecter une position associée à la zone de retournement mais cette solution présente un coût élevé. [0035] Une deuxième solution consiste à mesurer le courant électrique au niveau du moteur électrique 11. Le courant électrique est par exemple mesuré en entrée du moteur électrique 11, notamment au niveau de l'alimentation des balais de connexion dans le cas d'un moteur électrique à courant continu. Ce courant électrique In, variant en fonction de la position angulaire u des balais d'essuyage 7 comme représenté sur la figure 3. En effet, ce courant électrique I, varie en fonction du couple fourni par le moteur et ce couple varie en fonction de la résistance appliquée par la timonerie et qui dépend de la position du ou des balai(s) d'essuyage 7. Sur cette figure, on peut observer que le courent L passe par des minimas au niveau des positions de retournement IW et OW et que les valeurs maximales sont différentes selon la direction des balais d'essuyage (de IW vers OW ou de OW vers IW). Ainsi, il est possible de définir une valeur de courant correspondant à l'entrée des balais d'essuyage 7 dans la zone angulaire prédéfinie Z de sorte à réduire la vitesse de rotation du moteur électrique 11 lorsque cette valeur de courant est atteinte. La zone angulaire prédéfinie Z correspond par exemple à une réduction d'un pourcentage prédéfini du courant mesuré, par exemple une réduction de 10 % du courant maximal mesuré, ce pourcentage pouvant différent en fonction du sens de déplacement des balais d'essuyage ('maxi et Inli, sur la figure 3). De plus, il est à noter que les valeurs de courants peuvent varier en fonction des conditions d'essuyage notamment la présence de gel ou la quantité de liquide à essuyer de sorte que des recalibrages réguliers peuvent être nécessaires (pour déterminer Ln- 'maxi et Imax2). [0036] Une troisième solution consiste à utiliser un capteur d' an-êt aussi appelé « park 6 fingcr » en anglais associé à la position de repos Po. Comme la position de retournement 1W correspond sensiblement à la position de repos Po, le capteur d'arrêt peut être utilisé pour détecter le passage dans la position de retournement 1W des balais d'essuyage. Un minuteur (« timer » en anglais) peut alors être utilisé pour estimer la position des balais d'essuyage 7 entre deux positions de retournement 1W et ainsi estimer le moment où les balais d'essuyage 7 rentrent dans la zone angulaire prédéfinie Z et déclencher ainsi la réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique 11. De la même manière, la position de retournement OW peut également être estimée pour augmenter à nouveau la vitesse de rotation du moteur électrique 11. [0037] Une quatrième solution consiste à positionner un aimant 21 couplé à un capteur 23 au niveau du réducteur disposé en aval du moteur électrique. La figure 4 représente un exemple d'aimant 21 de forme annulaire disposé sur le mécanisme réducteur 15 qui vient engrener sur l'arbre de sortie 11 a du moteur électrique 11. Le mécanisme réducteur 15 fournit par exemple un rapport de réduction de 1:69. Le capteur 23, par exemple un capteur à effet Hall peut ainsi détecter une position correspondant au passage d'un pôle sud noté S à un pôle nord noté N de l'aimant 21 et l'aimant 21 peut être positionné de sorte que cette position corresponde à une position de retournement IW ou OW. L'aimant 21 comprenant au moins deux transitions de pôles (nord vers sud ou sud vers nord (2 transitions dans l'exemple de la figure 4)) sur sa périphérie, il peut donc être possible de détecter les positions IW et OW avec un seul capteur 23 à effet Hall incorporé dans l'unité de commande 19. Un exemple de la projection du capteur 23 à effet Hall est illustré sur la figure 4. [0038] Selon une variante de cette quatrième solution représentée sur la figure 5, un premier 23 et un deuxième 23' capteurs à effet Hall sont incorporés dans l'unité de commande 19. Un exemple des projetions des premier et deuxième capteurs 23, 23' à effet Hall est illustré sur la figure 5. Le premier capteur à effet Hall 23 est par exemple positionné de manière à détecter la position IW et le deuxième capteur à effet Hall 23' est par exemple positionné de manière à détecter la position OW. [0039] D'autres configurations d'aimants 21 et de capteurs 23 sont également possibles sans sortir du cadre de la présente invention. [0040] Par ailleurs, certains moteurs électriques 11, par exemple des moteurs sans balais (« brushless motors » en langue anglaise), nécessitent de connaître la position de leur rotor pour permettre leur fonctionnement. Dans ce cas-là, la position des balais d'essuyage 7 peut être déterminée à partir de la position de l'arbre de sortie Ila du moteur électrique 11 et du rapport de réduction du mécanisme réducteur 15 en combinaison éventuellement avec le signal fourni par le capteur d'arrêt. [0041] Ces différentes solutions peuvent également être combinées entre elles pour fournir des solutions plus précises et/ou plus fiables pour déterminer la position des balais 7 d'essuyage et détecter ainsi l'entrée des balais d'essuyage 7 dans la zone angulaire prédéfinie Z. [0042] Des modes de réalisation de l'invention concernent également un véhicule comprenant un dispositif d'essuyage tel que décrit précédemment. [0043] Un exemple des différentes étapes du procédé de commande du moteur électrique 11 d'un dispositif d'essuyage 1 tel que décrit précédemment va maintenant être décrit à partir de l'organigramme de la figure 6. [0044] La première étape 101 concerne l'activation d'un dispositif d'essuyage 1 d'un véhicule automobile 5. L'activation est par exemple déclenchée par un signal de commande correspondant au dépassement d'un seuil d'un capteur ou d'une commande utilisateur, notamment une commande manuelle. De plus, le signal de commande comprend la sélection d'une vitesse de consigne (de manière automatique ou manuelle). [0045] La deuxième étape 102 concerne l'application d'une commande pour entraîner la rotation du moteur électrique 11 en fonction de la vitesse de consigne sélectionnée à l'étape 101. [0046] La commande correspond par exemple à l'application d'une modulation à largeur d'impulsions prédéterminée associée à la vitesse de consigne sélectionnée. [0047] La troisième étape 103 concerne une détermination de la présence du ou des balai(s) d'essuyage dans une zone angulaire prédéfinie Z autour des positions de retournement MY et OW. La détermination de la position du ou des balai(s) peut être réalisée par l'une des méthodes décrites précédemment ou une combinaison de ces méthodes ou par toute autre méthode connue de l'homme du métier. La zone angulaire prédéfinie Z peut correspondre à une zone s'étendant entre -10° et +100 autour de la position de retournement mais peut également être asymétrique ou différente pour les deux zones de retournement (associées à 1W et à OW). [0048] La quatrième étape 104 concerne la réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique 11 d'une valeur prédéterminée lorsque l'entrée du ou des balai(s) d'essuyage 7 dans la zone angulaire prédéfinie Z est détectée à l'étape 103. La vitesse de rotation du moteur électrique 11 est réduite d'une valeur prédéterminée, par exemple une valeur comprise entre 20 et 50 %. Cependant, il est à noter que cette réduction de 20 à 50 % correspond à la réduction de vitesse au niveau de la position de retournement (1W ou OW) par rapport à la vitesse de consigne et que la réduction est progressive entre l'entrée dans la zone angulaire prédéfinie Z et la position de retournement 1W ou OW. [0049] La cinquième étape 105 concerne l'augmentation de la vitesse de rotation à partir du passage de la position de retournement 1W ou OW, la vitesse de rotation augmente alors progressivement, par exemple de manière symétrique à la réduction progressive, 8 jusqu'à atteindre la vitesse de consigne à la sortie de la zone angulaire prédéfinic Z. [0050] Les étapes 102 à 105 peuvent alors être réitérées pour permettre une réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique 11 et donc une réduction de la vitesse des balais d'essuyage au niveau des passages des positions de retournement. [0051] Les réductions et augmentations progressives de la vitesse de rotation du moteur électrique sont obtenues en modifiant les paramètres de la modulation à largeur d'impulsions. [0052] Ces réductions de la vitesse du ou des balai(s) d'essuyage 7 au niveau des postions de retournement TW et OW permettent de limiter des contraintes mécaniques lors des phases de retournement du balai d'essuyage 7 ce qui permet d'utiliser une timonerie ayant des caractéristiques mécaniques moindres, ce qui correspond par exemple à une timonerie ayant un coût et/ou un poids réduit(s). De plus, cela permet également de réduire le bruit généré par le retournement des balais d'essuyage 7. De plus, cette solution peut être appliquée aisément sur les moteurs électriques 11 commandés par une modulation à largeur d'impulsions puisque différentes solutions peu ou pas onéreuses peuvent être utilisées pour déterminer la position du ou des balai(s) d'essuyage 7. 9 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif d'essuyage (1) pour véhicule automobile (5) comprenant: - un moteur électrique unidirectionnel (11), - un mécanisme d'entraînement (13) lié au moteur électrique (11) comprenant au moins un bras (9) sur lequel vient se fixer un balai d'essuyage (7) et configure pour permettre un mouvement alternatif du balai d'essuyage (7), - une unité de commande (19) du moteur électrique (11) configurée pour piloter le moteur électrique en rotation à une vitesse de consigne sélectionnée, caractérisé en ce que l'unité de commande (19) est configurée pour réduire la vitesse de rotation du moteur électrique (11) d'une valeur prédéterminée lorsque le balai d'essuyage (7) est dans une zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement (1W, OW) dudit balai d'essuyage (7). [Revendication 2] Dispositif d'essuyage (1) selon la revendication 1 dans lequel l'unité de commande (19) est configurée pour déterminer la zone angulaire prédéfinie à partir d'une mesure d'un courant au niveau du moteur électrique (11). [Revendication 3] Dispositif d'essuyage (1) selon la revendication 2 dans lequel la zone angulaire prédéfinie correspond à une réduction du courant mesuré d'un pourcentage prédéfini. [Revendication 4] Dispositif d'essuyage (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'unité de commande (19) est configurée pour déterminer la zone angulaire à partir d'un signal issu d'un capteur d'arrêt associé à une position de retournement (1W) du balai d'essuyage (7) et d'un minuteur permettant l'estimation des positions intermédiaires entre deux détections du capteur d'arrêt. [Revendication 5] Dispositif d'essuyage (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mécanisme d'entraînement (13) comprend un capteur à effet Hall (23) configuré pour déterminer au moins une position de retournement du balai d'essuyage (7). [Revendication 6] Dispositif d'essuyage (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement (1W ou OW) est comprise entre 5 et 200 autour de ladite position de retournement (IW ou OW). [Revendication 7] Dispositif d'essuyage (1) selon l'une des revendications précédentes 10 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] dans lequel la valeur prédéterminée de réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique (11) est comprise entre 20 et 50 % de la vitesse de consigne sélectionnée. Dispositif d'essuyage (1) selon la revendication 7 dans lequel la valeur prédéterminée de réduction de la vitesse de rotation du moteur électrique (11) dépend de la vitesse de consigne sélectionnée pour entraîner le moteur électrique (11). Véhicule automobile (5) comprenant un dispositif d'essuyage (1) selon l'une des revendications précédentes. Procédé de commande d'un moteur électrique (11) pour un dispositif d'essuyage (1) de véhicule automobile (5), ledit dispositif d'essuyage (1) comprenant : - un moteur électrique unidirectionnel (11), - un mécanisme d'entraînement (13) comprenant au moins un bras (9) sur lequel vient se fixer un balai d'essuyage (7) et configurée pour permettre un mouvement alternatif du balai d'essuyage (7), le procédé comprenant les étapes suivantes : - on commande la rotation du moteur électrique (11) en fonction d'une vitesse de consigne sélectionnée, - on détermine la présence du balai d'essuyage (7) dans une zone angulaire prédéfinie autour d'une position de retournement dudit balai d'essuyage (7), - on réduit la vitesse de rotation du moteur électrique (11) d'une valeur prédéterminée lorsque le balai d'essuyage (7) est dans la zone angulaire prédéfinie.