WO2014146774A1 - Procédé et dispositif de mesure d'une tension continue telle que la tension d'une batterie de véhicule automobile - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for measuring a DC voltage such as the voltage Vbat of a motor vehicle battery.
- the usual methods for measuring a DC voltage such as the voltage Vbat of a motor vehicle battery conventionally consist in converting the DC voltage Vbat into a digital value Nbat by means of an analog / digital converter which is associated with a voltage of reference Vref.
- these measurement methods are implemented by means of measurement devices integrated in an on-board electronic module, such as, for example, the injection control computer, and conventionally comprising:
- An analog / digital converter generally integrated in the microcontroller of the electronic module
- a voltage regulator adapted to provide, in addition to the internal power supply of the electronic module, a reference voltage Vref to the analog / digital converter.
- the methods for measuring a DC voltage generally require the DC voltage to be adapted to the operating characteristics of the analog / digital converter by means of a level adapter having a gain k.
- this adaptation step implemented by means of a level adapter generally consisting, in the automotive field, in a divider bridge composed of electric resistors, constitutes an additional source of error originating from the dispersion of the values of the components of the level adapter.
- the present invention aims to eliminate these disadvantages and aims to provide a method and a device for measuring a DC voltage leading to significantly increase the accuracy of the measurements at a reasonable cost over the cost of current measuring devices, and, in particular in the automotive field, making it possible to satisfy the accuracy requirements (of the order of ⁇ 200 mV) required by "stop and start" type applications.
- the invention aims, firstly, a method of measuring a DC voltage such as the voltage Vbat of a motor vehicle battery, according to which the voltage Vbat is converted into a digital value Nbat by means of an analog / digital converter which is associated with a reference voltage Vref, said measurement method consisting, according to the invention:
- Ncor Co x (Nbat / Nvo)
- Co Ncor_max x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref), with:
- Ncor_max value selected for the coding of the maximum value of Ncor
- N number of bits of the analog / digital converter.
- the invention therefore consisted, with a view to obtaining numerical values Ncor constituting digital values of the voltage Vbat corrected from the variations of the reference voltage Vref of the analog / digital converter:
- this solution leads to providing a digital image of the corrected DC voltage and therefore independent of the variations of the reference voltage Vref of the analog / digital converter, proving to satisfy in particular, in the automotive field, the requirements which impose a accuracy of the order of ⁇ 200 mV.
- ⁇ in a prior phase a numerical calibration procedure consisting of: to simulate a voltage Vbat and to acquire the corresponding numerical value Nbat_test,
- Ncor_test Co x (Nbat_test / Nvo_test)
- Ncor Baj x Co x (Nbat / Nvo).
- This preliminary step makes it possible, in fact, to correct the imperfections, in terms of initial tolerances, of the voltage standard by implementing a digital calibration method during the manufacturing process of the measuring device according to the invention. invention.
- the methods for measuring a DC voltage require the voltage Vbat to be adapted to the operating characteristics of the analog / digital converter by means of a level adapter having a gain k, with k ⁇ 1 or k ⁇ 1 according to the value of Vbat, thus leading to converting a voltage (kx Vbat) into a numerical value.
- the measuring method according to the invention advantageously consists of:
- Ncor Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), with
- Nro 2N x ko where ko is the ideal value of gain k.
- customary means, by ideal value ko gain k, the value of the gain corresponding to the nominal values of the components of the level adapter.
- Such a measurement method leads, in effect, to calculate, in real time, a value of the result of the analog / digital conversion of the DC voltage to be measured, corrected for variations of the level adapter.
- the "quality" of this correction can, in addition, be improved by increasing the number of bits of the analog / digital converter, and at this Advantageously, according to the invention, this number of bits is artificially increased by the implementation of over-sampling and sliding average techniques during the acquisition of the voltages Vbat and the reference voltage Vref.
- Ncor Nbat x (Nr / Nr) x Baj x (Co / Nvo).
- the voltage Vbat and the voltage Vo are delivered to two separate inputs of a multiplexer adapted to enable to switch one then the other of said voltages to the analog / digital converter.
- Such a multiplexer is in particular required when the analog / digital converter does not have an available channel for measuring the standard voltage Vo.
- this multiplexer makes it possible, in fact, alternately to select either the signal from the DC voltage source or the signal from the standard voltage source, in order to route them to the channel of the dedicated analog / digital converter. to measure the voltage of the battery.
- the voltage Vbat and the reference voltage Vref are delivered to two separate inputs of a multiplexer adapted to enable to switch one then the other of said voltages to the level adapter.
- the reference voltage Vref is advantageously produced according to the invention by means of a voltage regulator.
- the source of the standard voltage is advantageously supplied according to the invention by means of the voltage regulator.
- the invention extends to a device for measuring a DC voltage Vbat produced by a DC voltage source such as a motor vehicle battery, comprising an analog / digital converter adapted to convert the voltage Vbat into a digital value Nbat , and a voltage source adapted to provide a voltage reference Vref to analog / digital converter.
- this measuring device comprises:
- a voltage standard consisting of a standard voltage source connected to the analog / digital converter so as to supply the latter with a standard voltage Vo,
- a calculation unit programmed to calculate a numerical value Ncor representative of the numerical value of the voltage Vbat, such that:
- Ncor Co x (Nbat / Nvo)
- Co consisting of a constant such as:
- Ncor_max value selected for the coding of the maximum value of Ncor
- Nbat_max numerical value resulting from the conversion of the maximum voltage Vbat_max to be measured
- N number of bits of the analog / digital converter.
- this measuring device comprises a level adapter having a gain k, intended for the adaptation of the voltage Vbat to the operating characteristics of the analog / digital converter, and in this case, moreover, so advantageous according to the invention:
- It comprises a multiplexer comprising two inputs respectively connected to the DC voltage source and to the reference voltage source, and an output connected to the level adapter,
- the calculation unit is programmed, on the one hand, to control the multiplexer for the purpose of selecting the input connected to the output, and on the other hand, to calculate a numerical value Ncor representative of the value of the voltage Vbat, such as:
- Ncor Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), with:
- Nro 2N x ko where ko is the ideal value of gain k.
- Figure 1 shows an electronic module incorporating a measuring device according to the invention.
- the electronic module represented in FIG. 1 consists of a computer 1, such as an injection control computer, intended to be embedded in a vehicle. automobile, and incorporating a device for measuring the voltage of the battery 5 of said vehicle.
- a computer such as an injection control computer, intended to be embedded in a vehicle. automobile, and incorporating a device for measuring the voltage of the battery 5 of said vehicle.
- This calculator 1 comprises, in the first place:
- a microcontroller 2 integrating, in particular, a memory 15, for example of EEPROM type ("Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory” in English, either an electrically erasable and programmable read only memory) or flash EPROM, able to store data in such a way as to permanent, and an analog / digital converter 3 comprising in particular a channel 3a dedicated to measuring the voltage of the battery 5, and a channel 3b for receiving the reference voltage Vref of this analog / digital converter 3,
- EEPROM type Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
- flash EPROM able to store data in such a way as to permanent
- an analog / digital converter 3 comprising in particular a channel 3a dedicated to measuring the voltage of the battery 5, and a channel 3b for receiving the reference voltage Vref of this analog / digital converter 3,
- a voltage regulator 4 intended to supply all the electronic components of the computer 1, and in particular adapted to deliver a reference voltage Vref equal to 5 V to the channel 3b of the analog / digital converter 3,
- a level adapter 7 having a gain k and consisting in the example of a resistive divider bridge intended to adapt the voltage Vbat of the battery 5 to the operating characteristics of the analog / digital converter 3.
- This divider bridge further comprises, in a conventional manner, two series resistors 8, 9 and a capacitor 10.
- this computer 1 integrates, firstly, a first multiplexer 6 interposed between the battery 5 and the level adapter 7, comprising two inputs 6a, 6b respectively connected to the battery 5 and the regulator of voltage 4, and an output 6c connected to the input of the level adapter 7.
- This multiplexer 6 makes it possible to select either the signal Vbat originating from the battery 5 or the signal Vref supplied by the voltage regulator 4, to direct them towards the input of the level adapter 7, the selection of the signal delivered towards the 6c output being controlled by the microcontroller 2 by means of a logic port 2b configured output.
- the computer 1 also integrates a voltage standard consisting of a standard voltage source 1 1 connected, on the one hand, to the voltage regulator 4, with the interposition of a bias resistor 12, so as to be supplied by the latter, and on the other hand, to the channel 3a of the analog / digital converter 3, with the interposition of a capacitor 13, so as to supply a standard voltage Vo to said analog / digital converter 3.
- a voltage standard consisting of a standard voltage source 1 1 connected, on the one hand, to the voltage regulator 4, with the interposition of a bias resistor 12, so as to be supplied by the latter, and on the other hand, to the channel 3a of the analog / digital converter 3, with the interposition of a capacitor 13, so as to supply a standard voltage Vo to said analog / digital converter 3.
- the computer 1 finally integrates, according to the invention, a multiplexer 14 interposed between, on the one hand, the level adapter 7 and the standard voltage source 1 1, and, on the other hand, the channel 3a of the analog converter /
- This multiplexer 14 has two inputs 14a, 14b respectively connected to the level adapter 7 and to the source of standard voltage 11, and an output 14c connected to the channel 3a of the analog / digital converter 3.
- This multiplexer 14 makes it possible to alternately select either the signal kx Vbat coming from the level adapter 7, or the signal Vo coming from the standard voltage source 11, to point them to channel 3a of the analog / digital converter 3, the selection the signal to be measured being controlled by the microcontroller 2 by means of a logic port 2a configured at the output.
- the signal received on the channel 3a of the analog-to-digital converter 3 consists, alternately, either in the standard voltage Vo, or in the signal coming from the level adapter 7 constituted by alternately, either the signal (kx Vbat) or the signal (kx Vref).
- Nr 2N x k
- Ncor (ref ) Co x (kx Vbat) / Vo, with Ncor (ref) corrected value of the analog / digital acquisition of the voltage Vbat.
- Ncor (ref) Co x Nbat / Nvo
- Co represents the scaling constant da the value Ncor (ref), and its determination is a function of the value chosen for the coding of the maximum value of Ncor (ref), namely Ncor_max.
- N number of bits of the analog / digital converter 3.
- the principle of the correction of the voltage Vbat intended to reduce the error related to the level 7 adapter consists, for its part, in attributing to the corrected value Ncor (ad) the ideal value of Nbat corresponding to the value obtained for an ideal gain ko of the level 7 adapter.
- Ncor (ad) 2N x (ko x Vbat) / Vref.
- Nr ko x (Nr / Nro), with Nro ideal result of Nr,
- Nro 2N x ko, with k ideal value of gain k,
- the invention consists in implementing a digital calibration method during the manufacturing process of the computer 1, consisting, in the first place, in a preliminary phase carried out during the test of each computer 1:
- Ncor_test Co x (Nbat_test / Nvo_test)
- the "quality" of the correction can also be improved by increasing the number of bits of the analog / digital converter 3, and for this purpose, this number of bits by the implementation of over-sampling and sliding average techniques during the acquisition of the Vbat voltages and the reference voltage Vref.
- the method and the device for measuring a DC voltage according to the invention lead, with the simple addition of a low cost standard voltage source 11 and two multiplexers 6, 14, to meet the required accuracy requirements. by some current applications that impose, for example a measurement accuracy of the order of ⁇ 200 mV.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure d'une tension continue telle que la tension Vbat d'une batterie de véhicule automobile, selon lequel on convertit la tension Vbat en une valeur numérique Nbat au moyen d'un convertisseur analogique/numérique (3) auquel on associe une tension de référence Vref. Selon l'invention, on délivre, en outre, régulièrement vers le convertisseur analogique/numérique une tension étalon Vo issue d'une source de tension étalon (11), et on convertit la tension Vo en une valeur numérique Nvo, puis on calcule une valeur numérique Ncor représentative de la valeur de la tension Vbat, telle que Ncor = Co x (Nbat / Nvo), où Co = Ncor_max x (2N / Vbat_max) x (Vo / Vref), Ncor_max étant une valeur sélectionnée pour le codage de la valeur maximale de Ncor, Nbat_max une valeur numérique résultant de la conversion de la tension maximale Vbat_max à mesurer, et N le nombre de bits du convertisseur analogique/numérique.
Description
Procédé et dispositif de mesure d'une tension continue telle que la tension d'une batterie de véhicule automobile
L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'une tension continue telle que la tension Vbat d'une batterie de véhicule automobile.
Les procédés usuels de mesure d'une tension continue telle que la tension Vbat d'une batterie de véhicule automobile consistent classiquement à convertir la tension continue Vbat en une valeur numérique Nbat au moyen d'un convertisseur analogique/numérique auquel on associe une tension de référence Vref.
Concernant le domaine automobile, ces procédés de mesure sont mis en œuvre au moyen de dispositifs de mesure intégrés dans un module électronique embarqué, tel que par exemple le calculateur de contrôle de l'injection, et comprenant classiquement :
• un convertisseur analogique/numérique généralement intégré dans le microcontrôleur du module électronique,
• un régulateur de tension adapté pour fournir, outre l'alimentation interne du module électronique, une tension de référence Vref au convertisseur analogique/numérique.
La précision des mesures réalisées au moyen de tels dispositifs de mesure, d'une valeur de l'ordre de ± 800 mV, est habituellement suffisante pour la majorité des applications des calculateurs automobiles.
Toutefois, certaines applications récentes telles que les applications pour des véhicules équipées d'un dispositif « stop and start » (dispositif arrêtant le fonctionnement du moteur à combustion interne propulsif lors des phases d'arrêt prolongées et le démarrant dès que le conducteur du véhicule manifeste l'intention de remettre le véhicule en mouvement) ne peuvent pas se satisfaire des précisions admises pour les usages courants de l'information concernant la valeur de la tension de la batterie. Ces applications, qui imposent de connaître l'état de charge de la batterie, nécessitent, en effet, une précision de l'ordre de ± 200 mV.
Les études menées en vue de la résolution de ce problème ont permis de révéler que la principale source d'erreur résultait de la dispersion de la tension de référence Vref du convertisseur analogique/numérique. En effet, la dispersion de cette tension de référence, de l'ordre de ± 2 % pour les régulateurs de tension usuels du domaine automobile, se retrouve intégralement reportée sur la mesure de la tension de la batterie, et se traduit par une erreur de mesure de l'ordre de ± 240 mV, supérieure à l'erreur de mesure admise pour certaines applications spécifiques.
Au vu de ces constatations, les solutions étudiées actuellement visent l'amélioration des performances des régulateurs de tension concernant la précision de la tension de référence Vref fournie.
Toutefois, toutes les solutions actuelles conduisent à un surcoût important des régulateurs de tension qui impacte de façon notable le coût des modules électroniques.
Par ailleurs, notamment dans le domaine automobile, les procédés de mesure d'une tension continue imposent généralement d'adapter la tension continue aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique au moyen d'un adaptateur de niveau possédant un gain k.
Or, cette étape d'adaptation mise en œuvre au moyen d'un adaptateur de niveau consistant généralement, dans le domaine automobile, en un pont diviseur composé de résistances électriques, constitue une source d'erreur supplémentaire ayant pour origine la dispersion des valeurs des composants de l'adaptateur de niveau.
Comme précédemment, les solutions proposées actuellement consistent, en vue de réaliser l'adaptateur de niveau, à utiliser des composants à tolérance resserrée.
Toutefois, outre l'augmentation du coût (d'un facteur supérieur à 5 pour un pont diviseur), il s'avère quasi impossible de se prémunir totalement de l'utilisation d'un composant non conforme, particulièrement vis-à-vis de son coefficient de dérive en température.
La présente invention vise à éliminer ces inconvénients et a pour objectif de fournir un procédé et un dispositif de mesure d'une tension continue conduisant à augmenter de façon notable la précision des mesures moyennant un surcoût raisonnable par rapport au coût des dispositifs de mesure actuels, et, notamment dans le domaine automobile, permettant de satisfaire aux exigences de précision (de l'ordre de ± 200 mV) requises par des applications du type « stop and start ».
A cet effet l'invention vise, en premier lieu, un procédé de mesure d'une tension continue telle que la tension Vbat d'une batterie de véhicule automobile, selon lequel on convertit la tension Vbat en une valeur numérique Nbat au moyen d'un convertisseur analogique/numérique auquel on associe une tension de référence Vref, ledit procédé de mesure consistant, selon l'invention :
• à délivrer vers le convertisseur analogique/numérique une tension étalon Vo issue d'une source de tension étalon, et à convertir la tension Vo en une valeur numérique Nvo,
• à calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur numérique de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Co x (Nbat / Nvo),
Co consistant en une constante telle que :
Co = Ncor_max x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref), avec :
Ncor_max valeur sélectionnée pour le codage de la valeur maximale de Ncor,
Nbat_max valeur numérique résultant de la conversion de la tension continue maximale Vbat_max à mesurer,
N nombre de bits du convertisseur analogique/numérique. L'invention a donc consisté, en vue de l'obtention de valeurs numériques Ncor constituant des valeurs numériques de la tension Vbat corrigées des variations de la tension de référence Vref du convertisseur analogique/numérique :
« à adjoindre aux dispositifs actuels de mesure, un étalon de tension constitué d'une source de tension précise de valeur Vo, et
• à combiner les résultats des conversions analogiques/numériques de la tension continue Vbat, et de la tension étalon Vo, en utilisant un facteur de proportionnalité consistant en une constante spécifique Co de mise à l'échelle des valeurs Ncor.
Dans la pratique, cette solution conduit à fournir une image numérique de la tension continue corrigée et donc indépendante des variations de la tension de référence Vref du convertisseur analogique/numérique, s'avérant satisfaire notamment, dans le domaine automobile, aux exigences qui imposent une précision de l'ordre de ± 200 mV.
De plus, une telle solution impose simplement l'adjonction d'un composant destiné à réaliser l'étalon de tension, dont le coût est modéré en comparaison du surcoût engendré par le remplacement d'un régulateur de tension classique par un régulateur de tension de précision.
De plus, notamment dans le domaine automobile, la présence de cet étalon de tension étant spécifiquement liée à l'exigence de précision accrue des mesures de la tension de la batterie, son adjonction et donc son coût, ne sont à considérer que dans le cadre d'applications nécessitant cette précision accrue.
Selon un mode de mise en œuvre avantageux de l'invention, la constante Co est telle que Co = Ncorjnax x (Vo / Vref).
Cette valeur de la constante Co conduit, en effet, à utiliser toute la dynamique du convertisseur analogique/numérique (Nbat_max = 2N) pour la valeur maximale Vbat_max de la tension à mesurer.
Selon un autre mode de mise en œuvre avantageux de l'invention : · dans une phase préalable, on effectue une procédure d'étalonnage numérique consistant :
- à simuler une tension Vbat et à acquérir la valeur numérique Nbat_test correspondante,
- à acquérir la valeur numérique Nvo_test correspondant à la tension Vo,
- à déduire de ces valeurs acquises une valeur numérique Ncor_test telle que Ncor_test = Co x (Nbat_test / Nvo_test),
- à calculer la valeur théorique idéale Ncor_th de la valeur numérique Ncor_test, et à déterminer et à mémoriser un coefficient d'ajustage Baj tel que Baj = Ncor_th / Ncor_test,
• lors des opérations de mesure, on calcule des valeurs numériques Ncor représentatives des valeurs de la tension Vbat, telles que : Ncor = Baj x Co x (Nbat / Nvo).
Cette étape préliminaire permet, en effet, de corriger les imperfections, en termes de tolérances initiales, de l'étalon de tension par la mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage numérique lors du processus de fabrication du dispositif de mesure selon l'invention.
Par ailleurs, de façon usuelle, les procédés de mesure d'une tension continue nécessitent d'adapter la tension Vbat aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique au moyen d'un adaptateur de niveau possédant un gain k, avec k≥ 1 ou k < 1 selon la valeur de Vbat, conduisant ainsi à convertir, en une valeur numérique, une tension (k x Vbat).
Dans ce cas, le procédé de mesure selon l'invention consiste avantageusement :
• à délivrer régulièrement la tension de référence Vref vers l'adaptateur de niveau, et à convertir ladite tension de référence Vref en une valeur numérique Nr = 2N x k, et
• à calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), avec
Nro = 2N x ko où ko consiste en la valeur idéale du gain k.
II est à noter que, selon l'invention, on entend de façon usuelle, par valeur idéale ko du gain k, la valeur du gain correspondant aux valeurs nominales des composants de l'adaptateur de niveau.
Un tel procédé de mesure conduit, en effet, à calculer, en temps réel, une valeur du résultat de la conversion analogique/numérique de la tension continue à mesurer, corrigée des variations de l'adaptateur de niveau.
La « qualité » de cette correction peut, en outre, être améliorée moyennant une augmentation du nombre de bits du convertisseur analogique/numérique, et à cet
effet, de façon avantageuse selon l'invention, on augmente de façon artificielle ce nombre de bits par la mise en œuvre de techniques de sur-échantillonnage et de moyenne glissante lors de l'acquisition des tensions Vbat et de la tension de référence Vref.
En cumulant la mise en œuvre de l'étape préliminaire d'étalonnage numérique, et les étapes respectives de réduction de l'erreur liée à la dispersion de la tension de référence Vref et de réduction de l'erreur liée à l'adaptateur de niveau, le procédé de mesure selon l'invention conduit donc, avantageusement à calculer des valeurs numériques Ncor telles que :
Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x Baj x (Co / Nvo).
II est à noter que, dans cette expression, la constante (Co x Nro x Baj) étant spécifique à chaque unité de mesure, cette dernière est, avantageusement selon l'invention, mémorisée dans des moyens de mémorisation.
Par ailleurs, selon un mode de mise en œuvre avantageux concernant plus spécifiquement la nature des moyens de mesure mis en œuvre selon l'invention, on délivre la tension Vbat et la tension Vo vers deux entrées distinctes d'un multiplexeur adapté pour permettre d'aiguiller l'une puis l'autre desdites tensions vers le convertisseur analogique/numérique.
Un tel multiplexeur est notamment requis lorsque le convertisseur analogique/numérique ne possède pas de canal disponible pour la mesure de la tension étalon Vo. Dans ce cas, ce multiplexeur permet, en effet, de sélectionner alternativement soit le signal issu de la source de tension continue, soit le signal issu de la source de tension étalon, en vue de les aiguiller vers le canal du convertisseur analogique/numérique dédié à la mesure de la tension de la batterie.
Selon un autre mode de mise en œuvre avantageux concernant plus spécifiquement la nature des moyens de mesure mis en œuvre selon l'invention, on délivre la tension Vbat et la tension de référence Vref vers deux entrées distinctes d'un multiplexeur adapté pour permettre d'aiguiller l'une puis l'autre desdites tensions vers l'adaptateur de niveau.
Par ailleurs, on produit, avantageusement selon l'invention, la tension de référence Vref au moyen d'un régulateur de tension.
De plus, on alimente, avantageusement selon l'invention, la source de tension étalon au moyen du régulateur de tension.
L'invention s'étend à un dispositif de mesure d'une tension continue Vbat produite par une source de tension continue telle qu'une batterie de véhicule automobile, comportant un convertisseur analogique/numérique adapté pour convertir la tension Vbat en une valeur numérique Nbat, et une source de tension adaptée pour fournir une tension
de référence Vref audit convertisseur analogique/numérique. Selon l'invention ce dispositif de mesure comporte :
• un étalon de tension consistant en une source de tension étalon connectée au convertisseur analogique/numérique de façon à fournir à ce dernier une tension étalon Vo,
• une unité de calcul programmée pour calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur numérique de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Co x (Nbat / Nvo),
Co consistant en une constante telle que :
Co = Ncor_max x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref), avec :
Nvo valeur numérique résultant de la conversion de la tension étalon Vo,
Ncor_max valeur sélectionnée pour le codage de la valeur maximale de Ncor,
Nbat_max valeur numérique résultant de la conversion de la tension maximale Vbat_max à mesurer,
N nombre de bits du convertisseur analogique/numérique.
De plus, de façon usuelle, ce dispositif de mesure comporte un adaptateur de niveau possédant un gain k, destiné à l'adaptation de la tension Vbat aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique, et dans ce cas, en outre, de façon avantageuse selon l'invention :
• il comprend un multiplexeur comportant deux entrées connectées respectivement à la source de tension continue et à la source de tension de référence, et une sortie connectée à l'adaptateur de niveau,
· l'unité de calcul est programmée, d'une part, pour piloter le multiplexeur en vue de la sélection de l'entrée reliée à la sortie, et d'autre part, pour calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), avec :
Nro = 2N x ko où ko consiste en la valeur idéale du gain k.
D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence au dessin annexé qui en représente à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ce dessin, la figure 1 représente un module électronique intégrant un dispositif de mesure conforme à l'invention.
Le module électronique représenté à la figure 1 consiste en un calculateur 1 , tel qu'un calculateur de contrôle de l'injection, destiné à être embarqué dans un véhicule
automobile, et intégrant un dispositif de mesure de la tension de la batterie 5 dudit véhicule.
Ce calculateur 1 comporte, en premier lieu :
• un microcontrôleur 2 intégrant, notamment, une mémoire 15, par exemple de type EEPROM (« Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory » en anglais, soit une mémoire morte effaçable électriquement et programmable) ou flash EPROM, apte à conserver des données de manière permanente, et un convertisseur analogique/numérique 3 comportant notamment un canal 3a dédié à la mesure de la tension de la batterie 5, et un canal 3b de réception de la tension de référence Vref de ce convertisseur analogique/numérique 3,
• un régulateur de tension 4 destiné à l'alimentation de tous les composants électroniques du calculateur 1 , et notamment adapté pour délivrer une tension de référence Vref égale à 5 V vers le canal 3b du convertisseur analogique/numérique 3,
« un adaptateur de niveau 7 possédant un gain k et consistant en l'exemple en un pont diviseur résistif destiné à l'adaptation de la tension Vbat de la batterie 5 aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique 3.
Ce pont diviseur comporte, en outre, de façon classique, deux résistances en série 8, 9 et une capacité 10.
De plus, selon l'invention, ce calculateur 1 intègre, en premier lieu, un premier multiplexeur 6 interposé entre la batterie 5 et l'adaptateur de niveau 7, comportant deux entrées 6a, 6b connectées respectivement à la batterie 5 et au régulateur de tension 4, et une sortie 6c connectée à l'entrée de l'adaptateur de niveau 7.
Ce multiplexeur 6 permet de sélectionner soit le signal Vbat issu de la batterie 5, soit le signal Vref fourni par le régulateur de tension 4, pour les aiguiller vers l'entrée de l'adaptateur de niveau 7, la sélection du signal délivré vers la sortie 6c étant contrôlée par le microcontrôleur 2 au moyen d'un port logique 2b configuré en sortie.
Selon l'invention, le calculateur 1 intègre également un étalon de tension consistant en une source de tension étalon 1 1 reliée, d'une part, au régulateur de tension 4, avec interposition d'un résistance de polarisation 12, de façon à être alimentée par ce dernier, et d'autre part, au canal 3a du convertisseur analogique/numérique 3, avec interposition d'une capacité 13, de façon à fournir une tension étalon Vo audit convertisseur analogique/numérique 3.
Le calculateur 1 intègre, enfin, selon l'invention, un multiplexeur 14 interposé entre, d'une part l'adaptateur de niveau 7 et la source de tension étalon 1 1 , et d'autre part, le canal 3a du convertisseur analogique/numérique 3. Ce multiplexeur 14 comporte deux entrées 14a, 14b reliées respectivement à l'adaptateur de niveau 7 et à la source de
tension étalon 11 , et une sortie 14c reliée au canal 3a du convertisseur analogique/numérique 3.
Ce multiplexeur 14 permet de sélectionner alternativement soit le signal k x Vbat issu de l'adaptateur de niveau 7, soit le signal Vo issu de la source de tension étalon 11 , pour les aiguiller vers le canal 3a du convertisseur analogique/numérique 3, la sélection du signal à mesurer étant contrôlée par le microcontrôleur 2 au moyen d'un port logique 2a configuré en sortie.
Selon l'invention, et en premier lieu, le signal reçu sur le canal 3a du convertisseur analogique/numérique 3 consiste, de façon alternée, soit dans la tension étalon Vo, soit dans le signal issu de l'adaptateur de niveau 7 constitué, de façon alternée, soit du signal (k x Vbat) soit du signal (k x Vref).
Les valeurs numériques résultant de la conversion analogique/numérique de ces signaux sont les suivantes :
• signal (k x Vref) servant de tension de référence au convertisseur analogique/numérique 3 : Nr = 2N x k,
• signal (k x Vbat) : Nbat = 2N x (k x Vbat) / Vref,
• signal Vo : Nvo = 2N x Vo / Vref.
Sur la base de ces données, et en premier lieu, le principe de la correction de la tension Vbat destinée à réduire l'erreur liée à la dispersion de la valeur de la tension de référence Vref consiste à poser par définition que : Ncor(ref) = Co x (k x Vbat) / Vo, avec Ncor(ref) valeur corrigée de l'acquisition analogique/numérique de la tension Vbat.
Une combinaison de cette valeur Ncor(ref) avec les valeurs Nbat et Nvo ci- dessus définies conduit à une valeur corrigée Ncor(ref) telle que : Ncor(ref) = Co x Nbat / Nvo
Dans cette expression, Co représente la constante de mise à l'échelle da la valeur Ncor(ref), et sa détermination est fonction de la valeur choisie pour le codage de la valeur maximale de Ncor(ref), à savoir Ncor_max.
Selon l'invention, la valeur de Co est ainsi la suivante :
Co = Ncorjnax x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref) avec :
Nbatjnax valeur numérique résultant de la conversion de la tension maximale Vbat_max à mesurer,
N nombre de bits du convertisseur analogique/numérique 3.
De plus, le gain k choisi, selon l'invention, pour l'adaptateur de niveau 7 est tel que toute la dynamique du convertisseur analogique/numérique 3 est utilisée pour Vbat_max, et par conséquent Nbatjnax = 2N.
De ce fait, les deux formules équivalentes suivantes peuvent être utilisées pour le calcul de Co :
• Co = Ncor_max x (Vo / Vref).
• Co = Ncor_max x (Vo / (k x Vbatjnax)).
En second lieu, ie principe de la correction de la tension Vbat destinée à réduire l'erreur liée à l'adaptateur de niveau 7 consiste, quant à elle, à attribuer à la valeur corrigée Ncor(ad) la valeur idéale de Nbat correspondant à la valeur obtenue pour un gain idéal ko de l'adaptateur de niveau 7.
Par conséquent Ncor(ad) = 2N x (ko x Vbat) / Vref.
Par combinaison de cette équation avec les équations suivantes :
• k = ko x (Nr / Nro), avec Nro résultat idéal de Nr,
· Nro = 2N x ko, avec ko valeur idéale du gain k,
il s'ensuit que Ncor(ad) = Nbat x Nro / Nr.
Par conséquent, en cumulant les deux principes de correction de la tension Vbat ci-dessus décrits, le procédé selon l'invention conduit à définir une valeur corrigée Ncor de l'acquisition analogique/numérique de la tension Vbat obtenue par combinaison des valeurs corrigées Ncor(ref) et Ncor(ad) et telle que : Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo)
Par ailleurs, afin de remédier aux imperfections, en termes de tolérances initiales, de l'étalon de tension 1 1 , et accessoirement de l'adaptateur de niveau 7, l'invention consiste à mettre en œuvre un procédé d'étalonnage numérique lors du processus de fabrication du calculateur 1 , consistant, en premier lieu, dans une phase préalable réalisée lors du test de chaque calculateur 1 :
• à injecter un stimulus de précision pour simuler une tension Vbat, et à acquérir la valeur numérique Nbat_test correspondant à cette tension Vbat, et la valeur numérique Nvo_test correspondant à la tension Vo,
· à déduire de ces valeurs acquises des valeurs numériques Ncor_test telles que Ncor_test = Co x (Nbat_test / Nvo_test),
• à calculer la valeur théorique idéale Ncorjh des valeurs numériques Ncorjest, et à déterminer et à mémoriser un coefficient d'ajustage Baj tel que Baj = Ncor_th / Ncor_test.
Ce procédé d'étalonnage numérique conduit, lors de l'utilisation du calculateur 1 , à tenir compte du coefficient d'ajustage Baj, de façon à définir une valeur corrigée globale Ncor telle que : Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x Baj x (Co / Nvo), dans laquelle (Co x Nro x Baj) constitue une constante spécifique à chaque calculateur 1 qui est mise en mémoire dans la mémoire 15 de chacun desdits calculateurs 1.
En dernier lieu, la « qualité » de la correction peut également être améliorée moyennant une augmentation du nombre de bits du convertisseur analogique/numérique 3, et à cet effet, on augmente de façon artificielle ce nombre de
bits par la mise en œuvre de techniques de sur-échantillonnage et de moyenne glissante lors de l'acquisition des tensions Vbat et de la tension de référence Vref.
Ainsi, le procédé et le dispositif de mesure d'une tension continue selon l'invention conduisent, moyennant le simple ajout d'une source de tension étalon 11 de faible coût et de deux multiplexeurs 6, 14, de satisfaire aux exigences de précision requises par certaines applications actuelles qui imposent, par exemple une précision de mesure de l'ordre de ± 200 mV.
Claims
1. Procédé de mesure d'une tension continue telle que la tension Vbat d'une batterie (5) de véhicule automobile, selon lequel on convertit la tension Vbat en une valeur numérique Nbat au moyen d'un convertisseur analogique/numérique (3) auquel on associe une tension de référence Vref, ledit procédé de mesure étant caractérisé en ce que :
• on délivre vers le convertisseur analogique/numérique (3) une tension étalon Vo issue d'une source de tension étalon (11 ), et on convertit la tension Vo en une valeur numérique Nvo,
• on calcule une valeur numérique Ncor représentative de la valeur numérique de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Co x (Nbat / Nvo),
Co consistant en une constante telle que :
Co = Ncor_max x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref),
avec :
Ncorjnax valeur sélectionnée pour le codage de la valeur maximale de Ncor,
Nbat_max valeur numérique résultant de la conversion de la tension maximale Vbat_max à mesurer,
N nombre de bits du convertisseur analogique/numérique (3).
2. Procédé de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que la constante Co est telle que Co = Ncorjmax x (Vo / Vref).
3. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on délivre la tension Vbat et la tension Vo vers deux entrées distinctes (14a, 14b) d'un multiplexeur (14) adapté pour permettre d'aiguiller l'une puis l'autre desdites tensions vers le convertisseur analogique/numérique (3).
4. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que :
• dans une phase préalable, on effectue une procédure d'étalonnage numérique consistant :
- à simuler une tension Vbat et à acquérir la valeur numérique Nbat_test correspondante,
- à acquérir la valeur numérique Nvo_test correspondant à la tension Vo,
- à déduire de ces valeurs acquises une valeur numérique Ncor_test telle que Ncorjest = Co x (Nbat_test / Nvo_test),
- à calculer la valeur théorique idéale Ncor_th de la valeur numérique Ncor_test, et à déterminer et à mémoriser un coefficient d'ajustage Baj tel que Baj = Ncor_th / Ncor_test,
• lors des opérations de mesure, on calcule des valeurs numériques Ncor représentatives des valeurs de la tension Vbat, telles que : Ncor = Baj x Co x (Nbat / Nvo).
5. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 3 selon lequel on adapte la tension Vbat aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique (3) au moyen d'un adaptateur de niveau (7) possédant un gain k, puis on convertit la tension (k x Vbat) en une valeur numérique, ledit procédé étant caractérisé en ce que :
· on délivre régulièrement la tension de référence Vref vers l'adaptateur de niveau (7), et on convertit ladite tension de référence Vref en une valeur numérique Nr = 2N x k,
• on calcule une valeur numérique Ncor représentative de la valeur de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), avec
Nro = 2N x ko où ko consiste en la valeur idéale du gain k.
6. Procédé de mesure selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on met en œuvre les techniques de sur-échantillonnage et de moyenne glissante lors de l'acquisition des tensions Vbat et de la tension de référence Vref.
7. Procédé de mesure selon la revendication 4 et l'une des revendications 5 ou 6 prises ensemble caractérisé en ce que l'on calcule des valeurs numériques Ncor telles que : Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x Baj x (Co / Nvo).
8. Procédé de mesure selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on mémorise la constante (Co x Nro x Baj) spécifique à chaque unité de mesure, dans des moyens de mémorisation (15).
9. Procédé de mesure selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que l'on délivre la tension Vbat et la tension de référence Vref vers deux entrées
distinctes (6a, 6b) d'un multiplexeur (6) adapté pour permettre d'aiguiller l'une puis l'autre desdites tensions vers l'adaptateur de niveau (7).
10. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on produit la tension de référence Vref au moyen d'un régulateur de tension (4).
11. Procédé de mesure selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on alimente la source de tension étalon (1 1 ) au moyen du régulateur de tension (4).
12. Dispositif de mesure d'une tension continue Vbat produite par une source de tension continue (5) telle qu'une batterie de véhicule automobile, comportant un convertisseur analogique/numérique (3) adapté pour convertir la tension Vbat en une valeur numérique Nbat, et une source de tension (4) adaptée pour fournir une tension de référence Vref audit convertisseur analogique/numérique (3), ledit dispositif de mesure étant caractérisé en ce qu'il comporte :
• un étalon de tension consistant en une source de tension étalon ( 1 ) connectée au convertisseur analogique/numérique (3) de façon à fournir à ce dernier une tension étalon Vo,
• une unité de calcul (2) programmée pour calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur numérique de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Co x (Nbat / Nvo),
Co consistant en une constante telle que :
Co = Ncor_max x (2N / Nbat_max) x (Vo / Vref),
avec :
Nvo valeur numérique résultant de la conversion de la tension étalon Vo,
Ncor_max valeur sélectionnée pour le codage de la valeur maximale de Ncor, Nbat_max valeur numérique résultant de la conversion de la tension continue maximale Vbat_max à mesurer,
N nombre de bits du convertisseur analogique/numérique (3).
13. Dispositif de mesure selon la revendication 12 comportant un adaptateur de niveau (7) possédant un gain k, destiné à l'adaptation de la tension Vbat aux caractéristiques de fonctionnement du convertisseur analogique/numérique (3), caractérisé en ce que :
il comprend un multiplexeur (6) comportant deux entrées (6a, 6b) connectées respectivement à la source de tension continue (5) et à la source de tension de référence (4), et une sortie (6c) connectée à l'adaptateur de niveau (7), l'unité de calcul (2) est programmée, d'une part, pour piloter le multiplexeur (6) en vue de la sélection de l'entrée (6a, 6b) reliée à la sortie (6c), et d'autre part, pour calculer une valeur numérique Ncor représentative de la valeur de la tension Vbat, telle que :
Ncor = Nbat x (Nro / Nr) x (Co / Nvo), avec :
Nro = 2N x ko où ko consiste en la valeur idéale du gain k.
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