DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.

La présente invention concerne un système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile.

L'invention concerne également un alternateur de véhicule automobile comprenant un tel système. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.

Les alternateurs présents sur toutes les voitures ont une boucle de régulation qui permet de maintenir la tension du réseau électrique de bord à environ 14 V.

Néanmoins, les régulateurs d'alternateurs incluent parfois des fonctions dites de protection, comme la détection de surtensions du réseau de bord (> 18V).

Certain régulateurs coupent la génération de courant de l'alternateur, tandis que d'autres alertent le conducteur en allumant un voyant rouge sur le tableau de bord afin d'arrêter le véhicule et le moteur au plus vite.

Quand une surtension est détectée par le régulateur de l'alternateur, l'excitation doit être coupée afin de protéger les équipements contre la surtension qui pourrait endommager à la fois la batterie et les composants connectés.

Dans la plupart des régulateurs actuels, cette fonction est réalisée par un traitement sur le signal sortant du convertisseur analogique numérique (CAN). Sur les régulateurs plus anciens, dit « analogiques », cette fonction est réalisée sur les petits signaux de la boucle de régulation, ce qui est quasi équivalent aux solutions numériques précitées.

Or toute la chaîne d'acquisition et les moyens de traitement numérique sont dans le chemin de cette détection; on parle alors de mode commun sur ces fonctions.

En cas de problème, de défaillance dans ce mode commun, le régulateur pourrait ne pas détecter cette surtension et concourir à une surcharge de la batterie pouvant la détériorer, ainsi que les équipements connectés à ses bornes.

La Figure 1 montre un schéma générique de ces régulateurs connus de l'état de la technique.

Par exemple, si des résistances R1 , R2 ou R3 du détecteur dérivent et augmentent de valeur au point de générer des surtensions, si une capacité C1 du filtre se met en court-circuit, le convertisseur analogique numérique CAN délivre des données erronées plus basses que la valeur attendue, et même si l'horloge H se bloque avec une commande « ON », l'architecture ne peut détecter ses propres fautes car elles sont dites dans le mode commun. Toutes les fonctions du régulateur, jusqu'au MOSFET de puissance commutant le courant d'excitation de l'alternateur, sont potentiellement concernées par ce problème lié au mode commun.

En conclusion, dans l'état de la technique, la détection de surtension est conçue sur le principe que le régulateur n'a pas de défaillance,

Or la tension sur le réseau de bord dépend aussi des éléments du régulateur qui peuvent avoir des défaillances.

DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.

La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients.

Elle a précisément pour objet un système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile.

Ce système est du type de ceux connus en soi qui comprend un dispositif de régulation de type numérique de la tension d'alimentation et un dispositif de protection contre les surtensions du réseau électrique de bord.

Dans ce type de systèmes, le dispositif de régulation et le dispositif de protection contrôlent conjointement une excitation d'un alternateur alimentant le réseau électrique de bord.

Conformément à l'invention, le dispositif de protection est distinct du dispositif de régulation.

Dans ce système, un signal de surtension généré par le dispositif de protection et contrôlant l'excitation est prioritaire sur un signal d'excitation généré par le dispositif de régulation.

Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de protection comprend:

- des premiers moyens d'acquisition de la tension d'alimentation et/ou d'une tension de batterie aux bornes d'une batterie reliée au réseau électrique de bord;

- des moyens de comparaison de la tension d'alimentation et/ou de la tension de batterie respectivement à une première tension de référence et/ou une seconde tension de référence;

- des moyens d'intégration d'un signal de sortie des moyens de comparaison; - des moyens d'interface générant le signal de surtension à partir du signal de sortie intégré.

Selon une caractéristique particulière, les moyens de comparaison présentent une hystérésis.

Selon une autre caractéristique particulière, les premiers moyens d'acquisition comprennent des premiers moyens de capture de la tension d'alimentation et/ou de la tension de batterie, et des premiers moyens de filtrage.

Les moyens d'intégration comprennent préférentiellement un registre à décalage piloté par une première horloge.

Selon une autre caractéristique particulière, le dispositif de protection comprend un commutateur de protection à semi-conducteur apte à ouvrir le circuit d'excitation de l'alternateur sur commande du signal de surtension et comprend en outre une alimentation électrique dédiée.

Selon une forme de réalisation particulière, le système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile selon l'invention comprend en outre un circuit de puissance comportant un commutateur d'excitation à semi-conducteur apte à commuter un circuit d'excitation de l'alternateur et commandé par un signal de commande généré par des moyens de validation du signal d'excitation par le signal de surtension.

Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de régulation comprend :

- des seconds moyens d'acquisition de la tension de batterie;

- une boucle de régulation, par exemple de type numérique, générant le signal d'excitation en fonction de la tension de batterie.

Selon une caractéristique particulière, ces seconds moyens d'acquisition comprennent des seconds moyens de capture de la tension de batterie comprenant un pont de résistances et des seconds moyens de filtrage comprenant une capacité.

Selon une autre caractéristique particulière, la boucle de régulation numérique comprend, pilotés par une seconde horloge, un convertisseur analogique numérique en sortie des seconds moyens de filtrage et un microcontrôleur, circuit de logique câblée ou analogue, en sortie du convertisseur analogique numérique.

Selon une forme de réalisation particulière du système de gestion selon l'invention, le dispositif de régulation et le dispositif de protection sont réalisés sous la forme de deux blocs électroniques distincts sur des substrats séparés.

L'invention concerne aussi un alternateur de véhicule automobile remarquable en ce qu'il comprend le système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile décrit ci- dessus.

Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.

Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.

La Figure 1 est un schéma de principe d'un système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile connu de l'état de la technique, comprenant un dispositif de protection contre les surtensions intégré au dispositif de régulation.

La Figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif de protection contre les surtensions distinct du dispositif de régulation selon l'invention.

La Figure 3 est un diagramme de temps du signal de surtension généré par le dispositif de protection montré sur la Figure 2.

La Figure 4 est un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile selon l'invention.

La Figure 5 est un schéma détaillé d'un mode de réalisation particulier du dispositif de protection montré sur la Figure 2.

La Figure 6 est un schéma détaillé d'un mode de réalisation d'un circuit de puissance du système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile montré sur la Figure 4.

La Figure 7 est un schéma de principe d'un autre mode de réalisation d'un système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION.

Ainsi que cela a été indiqué en préambule, la Figure 1 montre une architecture générique d'un système de gestion 1 d'une tension d'alimentation B+A d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile.

Un alternateur alimente ce réseau sous la tension d'alimentation B+A aux fins de charger une batterie qui est reliée au réseau.

Une tension de batterie B+, après avoir été ramenée à un niveau compatible 2 avec un convertisseur analogique numérique 3, est filtrée 4 et échantillonnée avant traitement par une unité de traitement 5.

Cette unité de traitement 5, le plus souvent constituée d'un microcontrôleur ou d'un microprocesseur, voire d'un circuit en logique câblée, élabore un signal d'excitation EXC modulé en largeur d'impulsion commandant, après amplification 6, un commutateur d'excitation à semi-conducteur 7, sous la forme d'un transistor MOSFET, en série dans un circuit d'excitation 8 de l'alternateur, c'est-à-dire habituellement la bobine rotorique.

Un rapport cyclique du signal d'excitation EXC est déterminé par l'unité de traitement 5 de manière à contrôler la tension d'alimentation B+A du réseau fournie par l'alternateur afin de maintenir la tension de batterie B+ à une tension nominale.

Dans le système de gestion 1 générique connu montré sur la Figure 1 , la boucle de régulation numérique 9 comprend, entre l'unité de traitement 5 et l'amplificateur d'attaque 6 (également appelé « driver » en anglais) commandant le commutateur d'excitation 7, un dispositif de protection intégré 10 contre les surtensions aux bornes de la batterie, qui analyse les signaux transmis.

En cas de défaillance de la boucle de régulation numérique 9, le dispositif de protection intégré 10 n'est plus fonctionnel.

La Figure 2 montre au contraire un dispositif de protection 1 1 contre les surtensions distinct du dispositif de régulation 2, 4, 9, 6 et notamment de la boucle de régulation numérique 9.

Ce dispositif de protection 1 1 , dans un premier mode de réalisation de l'invention, comprend:

- des premiers moyens d'acquisition 12 qui capturent et filtrent la tension d'alimentation B+A fournie par l'alternateur alimentant le réseau électrique de bord du véhicule;

- des moyens de comparaison 13 de cette tension d'alimentation B+A avec une première tension de référence Vrefl ; - des moyens d'intégration 14 du signal de sortie S1 des moyens de comparaison 13;

- des moyens d'interface 15 générant, à partir du signal de sortie intégré S2, un signal de surtension OVD qui indique un dépassement par la tension d'alimentation B+A de la première tension de référence Vrefl .

Les moyens de comparaison 13 présentent une hystérésis, c'est-à-dire, comme le montre bien la Figure 3, que la tension d'alimentation B+A doit dépasser sensiblement la première tension de référence Vrefl jusqu'à atteindre un seuil haut V_OVD_ _H pour que le signal de surtension OVD soit actif,

Inversement, le signal de surtension OVD n'est désactivé que si la tension d'alimentation B+A baisse sensiblement en dessous de la première tension de référence Vrefl jusqu'à un seuil bas V_OVD_ _L .

Les moyens d'intégration 14 imposent de plus que la tension d'alimentation B+A reste en dessus du seuil haut V_OVD_ _H , ou reste en dessous du seuil bas V_OVD_ _L , pendant une durée plus longue qu'un délai prédéterminé T_OVD pour que le signal de surtension OVD bascule d'un état à l'autre.

La Figure 4 montre bien comment agit le signal de surtension OVD sur le circuit de puissance 16 qui comporte le commutateur d'excitation 7 (MOSFET de puissance) commutant l'excitation de l'alternateur dans le système de gestion 17 selon l'invention, en fonction d'un signal de commande EXC_DR.

Le signal de surtension OVD est prioritaire sur le signal d'excitation EXC généré par la boucle de régulation numérique 9 (qui ne comporte donc pas dispositif de protection contre les surtensions), c'est-à-dire que le signal d'excitation EXC est validé, ou non, par des moyens de validation 18 en fonction du signal de surtension OVD.

Quand le signal de surtension OVD n'est pas actif (pas de surtension détectée), la boucle de régulation 9 contrôle normalement l'excitation de l'alternateur, et le signal de commande EXC_DR est identique au signal d'excitation EXC.

Quand le signal de surtension OVD est actif (surtension détectée), le signal d'excitation EXC est remplacé par ce signal de surtension OVD, c'est-à-dire que le signal de commande EXC_DR devient identique au signal de surtension OVD de sorte que l'excitation de l'alternateur est arrêtée selon le diagramme de temps montré sur la Figure 3.

Le fonctionnement du dispositif de protection 1 1 et du circuit de puissance 16 sera précisé en liaison avec les Figures 5 et 6 montrant en détail un second mode de réalisation particulier du système de gestion 17 selon l'invention, dont le schéma de principe est montré sur la Figure 4.

Dans ce second mode de réalisation, le système de gestion 17 d'une tension d'alimentation B+A d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile comprend un dispositif de protection 1 1 contre les surtensions qui gère la tension d'alimentation B+A présente aux bornes de l'alternateur et également la tension de batterie B+.

Des premiers moyens de capture 19 permettent de ramener la tension d'alimentation B+A et la tension de batterie B+ à des niveaux compatibles avec les composants électroniques, notamment numériques, du dispositif de protection 1 1 avant leur filtrage par des premiers moyens de filtrage 20.

Des moyens de comparaison 13 avec hystérésis permettent de comparer respectivement la tension d'alimentation B+A et la tension de batterie B+, ou plus exactement des tensions proportionnelles, à la première tension de référence Vrefl et à une seconde tension de référence Vref2 fournies par un générateur de tension de référence 21 , et de générer un signal de sortie S1 représentatif d'un dépassement de l'une ou de l'autre de ces valeurs Vrefl , Vref2.

Ces moyens de comparaison 13 dans ce second mode de réalisation particulier de l'invention sont bien montrés sur la Figure 5.

Ils sont constitués par deux comparateurs 22, 23 recevant sur leurs entrées non-inverseuses les tensions proportionnelles à la tension d'alimentation B+A et à la tension de batterie B+ fournies par les premiers moyens d'acquisition 12 que constituent les premiers moyens de capture 19 et les premiers moyens de filtrage 20, et sur leurs entrées inverseuses les première et seconde tensions de références Vrefl , Vref2.

Les sorties de ces comparateurs 22, 23 sont combinées par un OU logique 24 pour fournir le signal de sortie S1 à l'entrée des moyens d'intégration 14.

Comme le montre bien la Figure 5, ces moyens d'intégration 14 sont constitués par un registre à décalage formé par plusieurs bascules D 25 qui échantillonnent et mémorisent le signal de sortie S1 à chaque période d'une première horloge 26.

Seul un signal de sortie S1 maintenu actif pendant plusieurs périodes consécutives génère un signal de sortie intégré S2, sous la forme d'un vecteur dont toutes les composantes sont actives, qui est susceptible de produire en sortie des moyens d'interface 15, comprenant notamment un ET logique à plusieurs entrées

27, un signal de surtension OVD actif.

Le dispositif de protection 1 1 selon l'invention comprend une alimentation électrique 28 dédiée pour ne pas dépendre du dispositif de régulation 2, 4, 9,16.

Cette alimentation électrique 28 alimente notamment le générateur de tension de référence 21 .

Le circuit de puissance 16 de ce second mode de réalisation du système de gestion 17 d'une tension d'alimentation B+A d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile, mais également du premier mode de réalisation, est montré en détail sur la Figure 6.

Les moyens de validation 18 comprennent un NON-OU logique à plusieurs entrées 29, attaqué par le signal de surtension OVD généré par le dispositif de protection 1 1 et d'autres signaux de service.

La sortie de cette porte 29 est combinée avec le signal d'excitation EXC dans une autre porte 30 réalisant une fonction ET pour produire le signal de commande

EXC_DR du commutateur d'excitation 7.

De la sorte, la sortie EXC_DR de cette autre porte 30 est identique au signal d'excitation EXC quand le signal de surtension OVD est inactif, les autres signaux de service étant aussi inactifs.

Quand le signal de surtension OVD est actif, quel que soit l'état des autres signaux de service, la sortie de la porte 29 est inactive et le signal de commande

EXC_DR en sortie de l'autre porte 30 est inactif, quel que soit le signal d'excitation

EXC fourni par la boucle de régulation numérique 9, ce qui interrompt l'excitation

EXC_OUT de l'alternateur.

II est à noter que le circuit de puissance 16 du système de gestion 17 d'une alimentation B+A d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile selon l'invention ne diffère d'un circuit de puissance 16 d'un système de gestion 1 générique connu, tel que celui montré sur la Figure 1 , que par deux portes logiques 29, 30.

La commutation du courant d'excitation est réalisée par un commutateur d'excitation 7 de type MOSFET, et le retour de masse comporte une diode de roue libre 31 .

Une mesure du courant d'excitation IROT est réalisée au moyen d'un shunt 32 aux bornes duquel est mesurée une différence de potentiel par un amplificateur opérationnel 33. Le dispositif de régulation 2, 4, 9, 16 du système 17 de gestion d'une alimentation d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile selon l'invention reprend également les mêmes éléments qu'un dispositif de régulation 2, 4, 9, 16 d'un système 1 générique connu, comme le montre la Figure 4:

- des seconds moyens d'acquisition 2, 4 de la tension de batterie B+ comprenant des seconds moyens de capture 2 constitués au moins par un pont de résistances 34 et des seconds moyens de filtrage 4 constitués par au moins une capacité 35;

- une boucle de régulation numérique 9 comprenant un convertisseur numérique analogique 3 et une unité de traitement 5, constituée d'un microcontrôleur ou d'un microprocesseur;

- une seconde horloge 36;

La différence essentielle est que la boucle de régulation 9 du système 17 selon l'invention ne comprend pas de dispositif de protection intégré 10 pour éviter tout mode commun de fonctions.

Pour la même raison, la première horloge 26 du dispositif de protection 1 1 est distincte de la seconde horloge 36 de la boucle de régulation 9.

Le système de gestion 17 d'une tension alimentation B+A d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile selon l'invention est réalisé sous la forme d'un ASIC.

Du fait de cette modularité, et du fait que le dispositif de régulation 2, 4, 9, 16 est peu différent des dispositifs de régulation antérieurs 2, 4, 9, 10,16, et même simplifié, le développement du nouvel ASIC ne demande que des investissements réduits.

La Figure 7 montre un autre mode de réalisation du système de gestion d'une tension d'alimentation d'un réseau électrique de bord de véhicule automobile selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de protection, désigné ici 1 1 ', comporte son propre commutateur de puissance à semi-conducteur (transistor MOSFET) 7'. Ce commutateur T est un commutateur de protection apte à ouvrir le circuit d'excitation de l'alternateur sur commande du signal OVD et s'intercale en série entre la tension d'alimentation B+A et le commutateur d'excitation 7 du circuit 16.

Le mode de réalisation selon la Figure 7 apporte davantage de séparation entre le dispositif de protection 1 1 ' et le reste du régulateur et donne au dispositif de protection 1 1 ' la possibilité de couper le courant d'excitation de l'alternateur indépendamment du commutateur d'excitation 7, ce qui présente un intérêt majeur par exemple dans le cas d'un commutateur d'excitation 7 défaillant, en court-circuit, avec un courant d'excitation maximal dans la bobine d'excitation de l'alternateur. Ce mode de réalisation se prête bien à la réalisation du dispositif de protection 1 1 ' sur un substrat séparé, distinct de celui sur lequel est implanté le reste du régulateur, ce qui renforce sa fonction de protection en autorisant une meilleure résistance à un éventuel sur-échauffement du régulateur suite par exemple à une destruction thermique du commutateur d'excitation 7. L'alimentation électrique dédiée 28 renforce également cette séparation entre le dispositif de protection 1 1 ' et le reste du régulateur.

Un alternateur comprenant le système de gestion 17 selon l'invention bénéficie donc d'un avantage concurrentiel certain par rapport aux modèles antérieurs, puisque pour un coût comparable, la protection contre les surtensions est rendue absolue.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.

Les types des composants électroniques cités ne sont aussi que des exemples d'implémentation. Ils sont alternativement remplacés autant que de besoin par d'autres composants réalisant les mêmes fonctions ou les mêmes groupes de fonctions.

L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation qui resteraient dans le cadre défini par les revendications ci-après.