WO2019122592A1 - Dispositif de mesure de l'intensité d'un courant - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to the field of measuring the intensity of a current and relates more particularly to a device for measuring the intensity of a current flowing through a supply capacity of an electronic control unit of a current. motor vehicle.
  • the invention aims in particular to improve the measurement of the intensity of a control current of a fuel injector.
  • fuel injection into the cylinders is performed by injectors controlled by a control module integrated in an electronic control unit, also called ECU for Electronic Control Unit in English.
  • ECU Electronic Control Unit
  • an electronic control unit comprises a microcontroller, a DC direct current converter (DC-DC), a power supply capacitor and an injector control module.
  • the converter is a step-up converter that generates a control current enabling the control module to control the opening of the fuel injectors.
  • the microcontroller controls the control module so that it controls the injectors from the control current supplied by the converter.
  • the individual components must be dimensioned to ensure a minimum service life of the electronic control unit.
  • the power supply capacity it is necessary to measure the value of the intensity of this effective current during the development of the electronic control unit.
  • a first known solution is to mount a series current probe of the supply capacity.
  • the use of such a current probe has disadvantages. Indeed, the current flowing through both the additional wire and the current probe, the measurement is disturbed by a parasitic inductance generated by these additional elements.
  • the intensity value of the current measured by the current probe will not be strictly equal to that of the current flowing through the supply capacitance during operation of the electronic control unit without the probe, which may lead to bad dimensioning (under or over-dimensioning) of the supply capacity according to the disturbance of the additional elements added for the measurement.
  • a second known solution consists in measuring the intensity of the current from the measurement of the voltage at the terminals of a resistive element placed in series with the capacitance. Such a measurement of the voltage is carried out by means of a measuring device, also called "shunt" in English, connected to the terminals of the capacitor.
  • a measuring device also called "shunt” in English
  • an additional wire although of shorter length, is also needed in order to connect the shunt across the capacitor, which again generates a parasitic inductance.
  • the shunt also generates a parasitic inductance due to its internal design, even if it is less than that generated by the current probe.
  • it is necessary to obtain a measurement as accurate as possible in order to limit the error in sizing the feed capacity which could cause premature failure of the feed capacity and therefore represents a major drawback.
  • the present invention aims at providing a simple, reliable, compact and efficient solution for measuring the intensity of the current flowing through the supply capacitance of an electronic control unit.
  • the subject of the invention is a device for measuring the intensity of a current suitable for measuring the intensity of a current flowing through a supply capacitance of an electronic control unit of a motor vehicle.
  • Said device is remarkable in that it comprises at least one printed circuit, said printed circuit comprising at least one conductive layer and at least one first set of tracks printed on said at least one conductive layer, said first set of tracks comprising at least a first portion having a first inductance and at least a second portion having a second inductance, the first portion and the second portion being arranged such that the total inductance of the device is less than each of the first inductance and the second inductance.
  • the device it is possible to determine as accurately as possible the intensity of the current passing through the measuring device thanks to the two parts of the first set of tracks whose shapes make it possible to limit the total inductance generated by the measuring device.
  • the total inductance generated by the measuring device is at least less than half the inductance generated by each of the first part and the second part.
  • the total resistance generated by the measuring device is at least less than half the resistance generated by each of the first part and the second part. It is thus possible to adjust the dimensions and the number of tracks to obtain a total resistance value and / or desired total inductance.
  • the measuring device according to the invention can also advantageously be permanently mounted in the vehicle in order to be used during the life of the vehicle.
  • each part of the first set of tracks being designated "strand"
  • the total inductance generated by the measuring device is equal to the inductance generated by a strand divided by the number N of strands (N being a number peer).
  • the first part and the second part of said at least one set of tracks being mounted on the same conductive layer of the printed circuit, the shape of the first part and the second part are symmetrical in order to limit the total inductance generated by the first set of tracks. This makes it possible to limit the size of the measuring device while allowing its integration on a monolayer printed circuit.
  • the printed circuit comprising at least two superimposed conductive layers, each of the first part and the second part being mounted on one of the two conductive layers, the shape of the first part and the shape of the second part are identical and superimposed to limit the total inductance generated by the first set of tracks.
  • the integration of the measurement device on several layers allows a more flexible integration by limiting the size on the same layer.
  • the first part and the second part have symmetrical and / or identical shapes.
  • the first set of tracks comprises at least one track forming a succession of arms or zigzags in order to limit the inductance generated by a part of the first set of tracks.
  • said at least one track comprises at least two arms each defining two track portions extending parallel to one another.
  • the two track portions are connected by a perpendicular portion of the track.
  • the distance between the two track portions is small in order to limit the inductance thus generated by said two arms.
  • said two track portions are separated from each other by an insulating zone in order to electrically isolate the track portions.
  • the track is in the form of a thickness of conductive material and said insulating zone is in the form of a slot formed along said track.
  • This slot isolates the track from any other current flowing in the map, including current flowing through other portions of the track as well as the mass of the map. Such a slot can thus be easily manufactured when printing the first set of tracks on the printed circuit.
  • the slot has a width of less than 0.2 mm, preferably less than 130 micrometers.
  • the inductance generated by each branch has a low value, preferably less than 3 nH.
  • the invention also relates to an electronic control unit of a plurality of injectors of a vehicle, said electronic control unit comprising at least one electronic card, said electronic card comprising a control module, a voltage converter, a capacitor and an injector control module, said control module being configured to control the control module so that said control module controls the injectors from a control current supplied by the converter via the supply capacity .
  • Said electronic card is remarkable in that it comprises at least one measuring device as described above in order to determine the intensity of the current flowing through the supply capacitance.
  • the supply capacitor having two terminals and the electronic card comprising a negative potential connector electrically connected to one of the terminals of the supply capacitor and a positive potential connector electrically connected to the other of the terminals of the capacitor.
  • supply capacitance said measuring device is electrically connected to the supply capacitance at the negative potential connector in order to measure the intensity of the current flowing through the supply capacitance.
  • the electronic control unit according to the invention also makes it possible to maintain an equivalent mass (or floating mass), in other words without overweight compared to a measuring device according to the prior art.
  • the invention further relates to a motor vehicle comprising a plurality of injectors and at least one electronic control unit as described above.
  • FIG. 1 schematically illustrates an electronic control unit according to the invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a first embodiment of the measuring device mounted on the unit of FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically illustrates a view along section XX of the measuring device of FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates a partial view according to section AA of FIG. 2.
  • FIG. 5 schematically illustrates a second embodiment of the measuring device.
  • the device according to the invention is intended to be mounted in an electronic control unit of a vehicle engine, in particular an automobile engine.
  • a heat engine comprises fuel injectors and cylinders each defining a combustion chamber in which is triggered the combustion of a mixture of oxidizer (air) and fuel injected by said injectors.
  • the device according to the invention makes it possible to measure the voltage defined across a power supply mounted on an electronic card of the electronic control unit, such a voltage measurement making it possible to deduce the intensity of the current flowing through it. said feed capacity as will be described later.
  • FIG. 1 shows schematically an example of an electronic control unit according to the invention.
  • Such an electronic control unit 1 also called ECU for Electronic Control Unit in English, allows in particular to control the injection of fuel into the cylinders of the engine of the vehicle.
  • the electronic control unit 1 comprises a housing 2 in which is mounted an electronic card 3 comprising several electronic circuits: a control module 4, a converter 5, a power supply 6 and a control module 7 fuel injectors.
  • the electronic control unit 1 furthermore has a ground potential, which is preferably the potential of its housing 2.
  • the control module 4 is adapted to generate control signals of the fuel injectors, in particular the time and duration of each fuel injection. These control signals are sent to the control module 7.
  • Such a control module 4 may in particular be in the form of a microcontroller. The generation of such control signals being known, it will not be described in more detail.
  • the converter 5 is a direct current DC converter (DC-DC) adapted to convert a low voltage (by
  • the converter 5 provides, via the capacity of supply 6, this voltage to the control module 7 so that the latter can control the opening of the injectors according to the control signals.
  • the supply capacitance 6 comprises two connection terminals and is preferably of the electrolytic type, more preferably of the CMS type, for Surface Mountability, also referred to as SMD for Surface Mounted Device in English.
  • the control module 7 is able to control the different injectors from the control signals received from the control module 4 and to control the opening of the injectors using the high voltage received from the converter 5 via the supply capacitor. 6.
  • the electronic card 3 comprises a first electrical connector known as a "negative potential connector” B1 and a second electrical connector known as a "positive potential connector” B2, a terminal of the supply capacitance 6 being electrically connected to the negative potential connector B1 and the other terminal of the supply capacitor 6 being electrically connected to the positive potential connector B2.
  • the electronic control unit 1 comprises a measuring device.
  • the device is in the form of a printed circuit board 10, also designated PCB (Printed Circuit Board), connected to the negative potential connector B1 of the electronic card 3.
  • PCB printed Circuit Board
  • This printed circuit board 10 may comprise one or more conductive layers 11 made of an electrically conductive material, for example copper.
  • the conductive layers 11 are separated from each other by insulating layers 12, as shown in Figure 3, made of a non-conductive electrical material.
  • a multilayer printed circuit 10 has a succession of conductive layers 11 alternating with insulating layers 12. The conductive layers 11 and the insulating layers 12 are thus superposed one above the other.
  • the printed circuit 10 comprises at least a first set of tracks 13 and at least a second set of electrically conductive tracks 14 etched on at least one conducting layer 11.
  • the first set of tracks 13 constitutes a shunt electrically connected to the negative potential connector B1 of the electronic card 3.
  • This shunt is a connector device connected in series of the supply capacitor 6, the value of the intensity of which is to be determined. running through it.
  • Such a shunt thus makes it possible to electrically connect the negative potential connector B1 to the ground potential B3 of the electronic control unit 1, as illustrated in FIG. 2. Indeed, in a series circuit, the current current intensity an identical value in every point of this circuit.
  • the first set of tracks 13 thus makes it possible to carry out a floating mass function for the terminal of the supply capacitor 6 connected to the negative potential connector B1.
  • the second set of tracks 14 makes it possible to electrically connect the first set of tracks 13 to the ground potential B3 of the electronic control unit 1.
  • An electric current passing through the supply capacitance 6 between the negative potential connector B1 and the positive potential connector B2 also passes through the first set of tracks 13 and makes it possible to determine the intensity of the current flowing through the supply capacitor 6 like this. will be described later.
  • the first set of tracks 13 comprises at least a first portion 13A and a second portion 13B.
  • the first part 13A has a first inductance Li and the second part 13B has a second inductance L 2 .
  • the inductance of each of the first portion 13A and the second portion 13B is due to the magnetic field generated by the electric current passing through the first portion 13A and the second portion 13B, respectively.
  • first set of tracks 13 constituting a shunt electrically connected to the negative potential connector B1 of the electronic card 3.
  • the first set of lanes 13 could be electrically connected to the positive potential connector B2 of the electronic card 3.
  • the first portion 13A and the second portion 13B are printed so as to be symmetrical with respect to each other.
  • the first portion 13A and the second portion 13B have perfectly symmetrical shapes along an axis of symmetry XX illustrated in FIG. 2. Due to their symmetrical shape, the first inductance Li of the first portion 13A and the second inductance L 2 of the second part 13B have the same value. However, because of the symmetry of these forms, the overall inductance of the first set of tracks 13 is less than half the inductance of the inductances of the first portion 13A and the second portion 13B.
  • the measuring device makes it possible to halve the inductance generated by such a measurement device.
  • the first set of tracks 13 is in the form of at least one track that is electrically conductive.
  • the track comprises a plurality of arms forming laces or zigzags.
  • each arm comprises two track portions extending parallel to each other and interconnected at one end of the arm by a perpendicular track portion.
  • the arms are thus interconnected at their second end.
  • the track comprises seven arms whose three arms are situated between the negative potential connector B1 and the positive potential connector B2 of the electronic card 3. This makes it possible to optimally use the space available under the capacity 6 while respecting the electrical isolation distances between the tracks of the electrical circuit.
  • the different portions of the track are electrically insulated from one another by an insulating zone 15.
  • the first set of tracks 13 is present in the form of a layer made of an electrically conductive material printed on a conductive layer 1 1.
  • the insulating zone 15 is then in the form of a slot formed along the electrical track of each of the first 13A and the second part 13B of the first set of tracks 13.
  • the slot does not extend at the point of contact between the track and one of the negative potential connector B1 or ground potential B3 so to connect them electrically.
  • the insulating zone 15 has a width of less than 0.2 mm, preferably of the order of 130 micrometers. This thus makes it possible to limit the distance between two parts of the zigzag track and therefore the generated inductance which is proportional to this distance.
  • the second set of tracks 14 makes it possible to electrically connect the first set of tracks 13 to the ground potential B3 of the electronic control unit 1.
  • the second set of tracks 14 is also electrically isolated from the first set of tracks 13 by an insulating zone 15 which is in the form of a space or hollow, as shown in FIG.
  • the first part 13A and the second part 13B of the first set of tracks 13 are mounted on two different conductive layers 11 of the printed circuit board 10.
  • the shapes of the first portion 13A and the second portion 13B are identical and placed exactly to the right of each other. In other words, the shapes of the first part 13A and the second part 13B are exactly superimposed.
  • the first portion 13A and the second portion 13B are each included on a conductive layer 11 of the printed circuit 10, the conductive layers 1 1 being separated by an insulating layer 12, as shown in Figure 3, adapted to electrically isolate the first portion 13A and the second part 13B.
  • Such a superposition of identical patterns allows the inductances generated by each of the first portion 13A and the second portion 13B to interact in order to reduce by half the overall inductance of the first set of tracks 13 with respect to the inductance of each of the first part 13A and the second part 13B.
  • the first set of tracks 13 could comprise more than a first portion 13A and a second portion 13B.
  • the first set of tracks 13 could combine symmetrical parts with each other and parts superimposed on each other.
  • the first set of tracks 13 could comprise four parts (not shown) printed on two conductive layers 11.
  • two mutually symmetrical portions are printed so as to divide the inductance by two on each conductive layer 11 with respect to the inductor in a single portion.
  • the two parts of the same conductive layer 11 are identical and superimposed on the two parts of the other conducting layer 1 1 so as to halve the inductance of the first set of tracks 13 with respect to the inductance in a single layer Conductor 1 1.
  • a first set of tracks 13 comprising four parts makes it possible to divide by four the inductance with respect to the inductor in a single part.
  • the negative potential connector B1 and the positive potential connector B2 which connect the printed circuit 10 to the supply capacitor 6 are advantageously placed as close as possible to the terminals of the supply capacitor 6 in order to limit the inductance generated.
  • the printed circuit 10 is placed under the position of the feed capacity 6. This makes it possible to use the space available under the feed capacity 6 to print the first set of tracks 13 of the measuring device. Thus, if the measuring device is not preserved during mass production, it will suffice not to print these tracks. And when sizing the feed capacity 6, the first set of tracks 13 will not take, on the printed circuit 10 of the electronic control unit 1, room for other printed tracks.
  • the resistance of the measuring device in particular the resistance of the first set of tracks 13, is determined.
  • a current I is passed whose intensity value is known through the measuring device.
  • the voltage U is then measured at the terminals of the measuring device, in other words between the negative potential connector B1 and the ground potential B3. Then, from the value of the intensity of the current I and the value of the measured voltage U, the value of the resistance R of the measuring device given by the formula:
  • the material used to form the printed circuit is copper, it is possible to define the resistance R of the measuring device as a function of the temperature (T) by extrapolation of the measurement made at ambient temperature (25 ° C.), thanks to the formula
  • alpha represents the thermal coefficient of the material over a given temperature range.
  • the value of the resistance R of the measuring device remains constant throughout the life of the measuring device and can be reused when determining the intensity of the current flowing through the supply capacity as will be described.
  • the value of the voltage across the measuring device is measured, either between the negative potential connector B1 and the ground potential B3 in a known manner.
  • This determined value of the intensity of the current corresponds to the value of the intensity of the current flowing through the supply capacitor 6, which then makes it possible to size the supply capacitance 6 so that it can withstand the use of the electronic control unit 1.
  • the measuring device having a reduced overall inductance, this inductance does not disturb or very little the measurement of the intensity of the current.
  • the measuring device can be mounted in the electronic control unit 1 only during the development phase of the motor vehicle. During mass production of this vehicle, the electronic control unit 1 does not then include a measuring device in order to limit the number of components and thus the manufacturing costs of such an electronic control unit 1.
  • the electronic control unit 1 of a vehicle manufactured in series could comprise the measuring device according to the invention. This allows in particular to measure, throughout the life of the vehicle, the current flowing through the feed capacity 6 to diagnose the latter. This can detect a malfunction and thus prevent and anticipate a breakdown of the vehicle.
  • a routine can be integrated for this purpose in the control module in order to collect and monitor the statistical consumption of the capacity according to predefined operating modes in the control module.
  • the measuring device generates a resistance due to the length and the width of the tracks of the first set of tracks 13. Also, in the case of a supply capacity 6 having zero or low internal resistance, in particular in the case of a hybrid polymer-type power supply, the addition of the series measurement device at a terminal of the capacitance power supply 6 makes it possible to filter the sudden oscillations of the current flowing through the power supply capacitor 6 in order to prevent damage to the electrical circuit. The value of the resistance generated by the measuring device can then be chosen in a resistive value range allowing this protection.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de l'intensité d'un courant adapté pour mesurer l'intensité d'un courant traversant une capacité d'alimentation d'une unité de contrôle électronique d'un véhicule automobile. Le dispositif comprend au moins un circuit imprimé (10), ledit circuit imprimé (10) comprenant au moins une couche conductrice (11) et au moins un premier ensemble de pistes (13) imprimées sur ladite au moins une couche conductrice (11), ledit premier ensemble de pistes (13) comprenant au moins une première partie (13A) présentant une première inductance et au moins une deuxième partie (13B) présentant une deuxième inductance, la première partie (13A) et la deuxième partie (13B) étant agencées de sorte que l'inductance totale du dispositif soit inférieure à chacune de la première inductance et de la deuxième inductance.

Description

Dispositif de mesure de l’intensité d’un courant
L’invention se rapporte au domaine de la mesure de l’intensité d’un courant et concerne plus particulièrement un dispositif de mesure de l’intensité d’un courant traversant une capacité d’alimentation d’une unité de contrôle électronique d’un véhicule automobile.
L’invention vise notamment à améliorer la mesure de l’intensité d’un courant de commande d’un injecteur de carburant.
Dans un véhicule automobile à moteur thermique, l’injection de carburant dans les cylindres est réalisée par des injecteurs contrôlés par un module de pilotage intégré dans une unité de contrôle électronique, également désigné ECU pour Electronic Control Unit en langue anglaise.
De manière connue, une unité de contrôle électronique comprend un microcontrôleur, un convertisseur de courant continu en courant continu (DC-DC), une capacité d’alimentation et un module de pilotage des injecteurs. Le convertisseur est un convertisseur élévateur de tension qui génère un courant de commande permettant au module de pilotage de commander l’ouverture des injecteurs de carburant. Ainsi, en fonctionnement de l’unité de contrôle électronique, le microcontrôleur contrôle le module de pilotage pour qu’il pilote les injecteurs à partir du courant de commande fourni par le convertisseur.
Les différents composants doivent être dimensionnés afin de garantir une durée de vie minimum de l’unité de contrôle électronique. En particulier, il est nécessaire de choisir la capacité d’alimentation en fonction du courant efficace la traversant, généré à la fois par le convertisseur et le module de pilotage. Pour dimensionner la capacité d’alimentation, il est nécessaire de mesurer la valeur de l’intensité de ce courant efficace lors du développement de l’unité de contrôle électronique.
Pour effectuer une telle mesure d’intensité, une première solution connue consiste à monter une sonde de courant en série de la capacité d’alimentation. En pratique, il est nécessaire d’utiliser un fil supplémentaire afin d’y insérer la sonde de courant au circuit électrique auquel est reliée la capacité d’alimentation. Cependant, l’utilisation d’une telle sonde de courant présente des inconvénients. En effet, le courant traversant à la fois le fil supplémentaire et la sonde de courant, la mesure est perturbée par une inductance parasite générée par ces éléments supplémentaires. Autrement dit, la valeur d’intensité du courant mesurée par la sonde de courant ne sera pas strictement égale à celle du courant traversant la capacité d’alimentation lors du fonctionnement de l’unité de contrôle électronique sans la sonde, ce qui peut entraîner un mauvais dimensionnement (sous ou surdimensionnement) de la capacité d’alimentation en fonction de la perturbation des éléments supplémentaires rajoutés pour la mesure.
Afin de limiter la génération d’une inductance parasite, une deuxième solution connue consiste à mesurer l’intensité du courant à partir de la mesure de la tension aux bornes d’un élément résistif placé en série avec la capacité. Une telle mesure de la tension est effectuée grâce à un dispositif de mesure, également désigné « shunt » en langue anglaise, relié aux bornes de la capacité. Cependant, comme pour la sonde de courant, un fil supplémentaire, bien que de longueur inférieure, est également nécessaire afin de relier le shunt aux bornes de la capacité, ce qui génère là encore une inductance parasite. De plus, le shunt génère aussi une inductance parasite due à sa conception interne, même si elle est inférieure à celle générée par la sonde de courant. Or, il est nécessaire d’obtenir une mesure aussi précise que possible afin de limiter l’erreur dans le dimensionnement de la capacité d’alimentation, ce qui pourrait provoquer une casse prématurée de la capacité d’alimentation et représente donc un inconvénient majeur.
Il existe donc le besoin d’une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients.
La présente invention vise à proposer une solution simple, fiable, compacte et efficace pour mesurer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation d’une unité de contrôle électronique.
A cette fin, l’invention a pour objet un dispositif de mesure de l’intensité d’un courant adapté pour mesurer l’intensité d’un courant traversant une capacité d’alimentation d’une unité de contrôle électronique d’un véhicule automobile. Ledit dispositif est remarquable en ce qu’il comprend au moins un circuit imprimé, ledit circuit imprimé comprenant au moins une couche conductrice et au moins un premier ensemble de pistes imprimées sur ladite au moins une couche conductrice, ledit premier ensemble de pistes comprenant au moins une première partie présentant une première inductance et au moins une deuxième partie présentant une deuxième inductance, la première partie et la deuxième partie étant agencées de sorte que l’inductance totale du dispositif soit inférieure à chacune de la première inductance et de la deuxième inductance.
Grâce au dispositif selon l’invention, il est possible de déterminer de manière la plus précise possible l’intensité du courant traversant le dispositif de mesure grâce aux deux parties du premier ensemble de pistes dont les formes permettent de limiter l’inductance totale générée par le dispositif de mesure. En particulier, l’inductance totale générée par le dispositif de mesure est au moins inférieure de moitié à l’inductance générée par chacune de la première partie et de la deuxième partie. De même, la résistance totale générée par le dispositif de mesure est au moins inférieure de moitié à la résistance générée par chacune de la première partie et de la deuxième partie. Il est ainsi possible d’ajuster les dimensions et le nombre de pistes afin d’obtenir une valeur de résistance totale et/ou d’inductance totale désirée. Le dispositif de mesure selon l’invention peut en outre avantageusement être monté dans le véhicule de manière permanente afin d’être utilisé pendant la durée de vie du véhicule.
De manière plus générale, chaque partie du premier ensemble de pistes étant désignée « brin », l’inductance totale générée par le dispositif de mesure est égale à l’inductance générée par un brin divisée par le nombre N de brins (N étant un nombre pair).
Selon une première forme de réalisation, la première partie et la deuxième partie dudit au moins un premier ensemble de pistes étant montées sur une même couche conductrice du circuit imprimé, la forme de la première partie et de la deuxième partie sont symétriques afin de limiter l’inductance totale générée par le premier ensemble de pistes. Ceci permet de limiter l’encombrement du dispositif de mesure tout en permettant son intégration sur un circuit imprimé monocouche.
Selon une deuxième forme de réalisation, le circuit imprimé comprenant au moins deux couches conductrices superposées, chacune de la première partie et de la deuxième partie étant montées sur l’une des deux couches conductrices, la forme de la première partie et la forme de la deuxième partie sont identiques et superposées afin de limiter l’inductance totale générée par le premier ensemble de pistes. Ceci permet d’optimiser l’encombrement du dispositif de mesure sur un circuit imprimé multicouche. De plus, l’intégration du dispositif de mesure sur plusieurs couches permet une intégration plus flexible en limitant l’encombrement sur une même couche.
Avantageusement, la première partie et la deuxième partie présentent des formes symétriques et/ou identiques.
Avantageusement, le premier ensemble de pistes comprend au moins une piste formant une succession de bras ou zigzags afin de limiter l’inductance générée par une partie du premier ensemble de piste.
De préférence, ladite au moins une piste comprend au moins deux bras définissant chacun deux portions de piste s’étendant parallèlement l’une par rapport à l’autre.
Selon une caractéristique de l’invention, les deux portions de piste sont reliées par une portion de piste perpendiculaire.
De préférence encore, la distance entre les deux portions de piste est faible afin de limiter l’inductance ainsi générée par lesdits deux bras. Selon un aspect de l’invention, lesdites deux portions de piste sont séparées entre elles par une zone isolante afin d’isoler électriquement les portions de piste.
De préférence, la piste se présente sous la forme d’une épaisseur de matière conductrice et ladite zone isolante se présente sous la forme d’une fente formée le long de ladite piste. Cette fente isole la piste de tout autre courant circulant dans la carte, y compris le courant traversant d’autres portions de la piste ainsi que de la masse de la carte. Une telle fente peut ainsi être aisément fabriquée lors de l’impression du premier ensemble de pistes sur le circuit imprimé.
De préférence encore, la fente présente une largeur inférieure à 0,2 mm, de préférence inférieure à 130 micromètres. Ainsi, l’inductance générée par chaque branche présente une valeur faible, de préférence inférieure à 3 nH.
L’invention vise également une unité de contrôle électronique d’une pluralité d’injecteurs d’un véhicule, ladite unité de contrôle électronique comprenant au moins une carte électronique, ladite carte électronique comprenant un module de contrôle, un convertisseur de tension, une capacité d’alimentation et un module de pilotage des injecteurs, ledit module de contrôle étant configuré pour contrôler le module de pilotage afin que ledit module de pilotage commande les injecteurs à partir d’un courant de commande fourni par le convertisseur via la capacité d’alimentation. Ladite carte électronique est remarquable en ce qu’elle comprend au moins un dispositif de mesure tel que décrit précédemment afin de déterminer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation.
Avantageusement, la capacité d’alimentation présentant deux bornes et la carte électronique comprenant un connecteur de potentiel négatif relié électriquement à l’une des bornes de la capacité d’alimentation et un connecteur de potentiel positif relié électriquement à l’autre des bornes de la capacité d’alimentation, ledit dispositif de mesure est relié électriquement à la capacité d’alimentation au niveau du connecteur de potentiel négatif afin de mesurer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation. L’unité de contrôle électronique selon l’invention permet également de conserver une masse équivalente (ou masse flottante), autrement dit sans surpoids comparée à un dispositif de mesure selon l’art antérieur.
L’invention concerne en outre un véhicule automobile comprenant une pluralité d’injecteurs et au moins une unité de contrôle électronique telle que décrite précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d’exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
- La figure 1 illustre schématiquement une unité de contrôle électronique selon l’invention.
- La figure 2 illustre schématiquement une première forme de réalisation du dispositif de mesure monté sur l’unité de la figure 1.
- La figure 3 illustre schématiquement une vue selon la coupe XX du dispositif de mesure de la figure 2.
- La figure 4 illustre une vue partielle selon la coupe AA de la figure 2.
- La figure 5 illustre schématiquement une deuxième forme de réalisation du dispositif de mesure.
Le dispositif selon l’invention est destiné à être monté dans une unité de contrôle électronique d’un moteur thermique de véhicule, notamment automobile.
De manière connue, un moteur thermique comprend des injecteurs de carburant et des cylindres définissant chacun une chambre de combustion dans laquelle est déclenchée la combustion d’un mélange de comburant (air) et de carburant injecté par lesdits injecteurs.
Le dispositif selon l’invention permet de mesurer la tension définie aux bornes d’une capacité d’alimentation montée sur une carte électronique de l’unité de contrôle électronique, une telle mesure de tension permettant d’en déduire l’intensité du courant traversant ladite capacité d’alimentation comme cela sera décrit par la suite.
On a représenté schématiquement à la figure 1 un exemple d’unité de contrôle électronique selon l’invention.
Unité de contrôle électronique 1
Une telle unité de contrôle électronique 1 , également désignée ECU pour Electronic Control Unit en langue anglaise, permet notamment de commander l’injection de carburant dans les cylindres du moteur thermique du véhicule. Dans ce but, l’unité de contrôle électronique 1 comprend un boîtier 2 dans lequel est montée une carte électronique 3 comprenant plusieurs circuits électroniques : un module de contrôle 4, un convertisseur 5, une capacité d’alimentation 6 et un module de pilotage 7 des injecteurs de carburant. L’unité de contrôle électronique 1 présente en outre un potentiel de masse, qui est de préférence le potentiel de son boîtier 2.
Le module de contrôle 4 est adapté pour générer des signaux de commande des injecteurs de carburant, notamment l’instant et la durée de chaque injection de carburant. Ces signaux de commande sont envoyés au module de pilotage 7. Un tel module de contrôle 4 peut notamment se présenter sous la forme d’un microcontrôleur. La génération de tels signaux de commande étant connue, elle ne sera pas décrite plus en détail.
Le convertisseur 5 est un convertisseur de courant continu en courant continu (DC-DC) adapté pour convertir une basse tension (par
exemple fournie par une batterie d’alimentation 12 V du véhicule) en une tension plus élevée requise pour piloter l’ouverture des injecteurs, par exemple de l’ordre de 60 V. On notera que le convertisseur 5 fournit, via la capacité d’alimentation 6, cette tension au module de pilotage 7 afin que ce dernier puisse piloter l’ouverture des injecteurs selon les signaux de commande.
Capacité d’alimentation 6
La capacité d’alimentation 6 comprend deux bornes de connexion et est de préférence de type électrolytique, de préférence encore de type CMS, pour Capacité à Montage en Surface, également désignée SMD pour Surface Mounted Device en langue anglaise.
Le module de pilotage 7 est apte à commander les différents injecteurs à partir des signaux de commande reçus du module de contrôle 4 et à piloter l’ouverture des injecteurs à l’aide de la tension élevée reçue du convertisseur 5 via la capacité d’alimentation 6.
Afin de connecter électriquement la capacité d’alimentation 6 à la carte électronique 3, la carte électronique 3 comprend un premier connecteur électrique dit « connecteur de potentiel négatif » B1 et un deuxième connecteur électrique dit « connecteur de potentiel positif » B2, une borne de la capacité d’alimentation 6 étant connectée électriquement au connecteur de potentiel négatif B1 et l’autre borne de la capacité d’alimentation 6 étant connectée électriquement au connecteur de potentiel positif B2.
Afin de mesurer la tension définie aux bornes de la capacité d’alimentation 6, notamment pour pouvoir la dimensionner (i.e. adapter sa valeur au fonctionnement de l’unité de contrôle électronique 1 ), l’unité de contrôle électronique 1 selon l’invention comprend un dispositif de mesure.
Dispositif de mesure
En référence à la figure 2, le dispositif se présente sous la forme d’un circuit imprimé 10, également désigné PCB (Printed Circuit Board), relié au connecteur de potentiel négatif B1 de la carte électronique 3.
Ce circuit imprimé 10 peut comprendre une ou plusieurs couches conductrices 11 réalisées en un matériau conducteur électrique, par exemple en cuivre. Dans le cas d’un circuit imprimé 10 comprenant plusieurs couches conductrices 11 , les couches conductrices 11 sont séparées les unes des autres par des couches isolantes 12, comme illustré à la figure 3, réalisées en un matériau non conducteur électrique. Autrement dit, un circuit imprimé 10 multicouche présente une succession de couches conductrices 11 alternées avec des couches isolantes 12. Les couches conductrices 11 et les couches isolantes 12 sont ainsi superposées les unes au-dessus des autres.
Selon l’invention, le circuit imprimé 10 comprend au moins un premier ensemble de pistes 13 et au moins un deuxième ensemble de pistes 14 électriquement conductrices gravés sur au moins une couche conductrice 1 1.
Le premier ensemble de pistes 13 constitue un shunt relié électriquement au connecteur de potentiel négatif B1 de la carte électronique 3. Ce shunt est un dispositif connecteur connecté en série de la capacité d’alimentation 6 dont on souhaite déterminer la valeur de l’intensité du courant la traversant. Un tel shunt permet ainsi de relier électriquement le connecteur de potentiel négatif B1 au potentiel de masse B3 de l’unité de contrôlé électronique 1 , comme illustré sur la figure 2. En effet, dans un circuit en série, l’intensité du courant présente une valeur identique en tout point de ce circuit. Le premier ensemble de pistes 13 permet ainsi de réaliser une fonction de masse flottante pour la borne de la capacité d’alimentation 6 reliée au connecteur de potentiel négatif B1.
Le deuxième ensemble de pistes 14 permet de relier électriquement le premier ensemble de pistes 13 au potentiel de masse B3 de l’unité de contrôle électronique 1.
Un courant électrique traversant la capacité d’alimentation 6 entre le connecteur de potentiel négatif B1 et le connecteur de potentiel positif B2 traverse également le premier ensemble de pistes 13 et permet de déterminer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation 6 comme cela sera décrit ultérieurement.
Afin d’optimiser la mesure de l’intensité du courant, toujours en référence à la figure 2, le premier ensemble de pistes 13 comprend au moins une première partie 13A et une deuxième partie 13B.
La première partie 13A présente une première inductance Li et la deuxième partie 13B présente une deuxième inductance L2. L’inductance de chacune de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B est due au champ magnétique généré par le courant électrique traversant respectivement la première partie 13A et la deuxième partie 13B.
Il a été présenté un premier ensemble de pistes 13 constituant un shunt relié électriquement au connecteur de potentiel négatif B1 de la carte électronique 3. Cependant, il va de soi que, dans une autre forme de réalisation, le premier ensemble de pistes 13 pourrait être relié électriquement au connecteur de potentiel positif B2 de la carte électronique 3.
Première forme de réalisation
Dans une première forme de réalisation, la première partie 13A et la deuxième partie 13B sont imprimées de manière à être symétriques l’une par rapport à l’autre. Autrement dit, la première partie 13A et la deuxième partie 13B présentent des formes parfaitement symétriques selon un axe de symétrie XX illustré sur la figure 2. Du fait de leur forme symétrique, la première inductance Li de la première partie 13A et la deuxième inductance L2 de la deuxième partie 13B présentent une même valeur. Cependant, du fait de la symétrie de ces formes, l’inductance globale du premier ensemble de pistes 13 est inférieure de moitié à l’inductance des inductances de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B.
Autrement dit :
Figure imgf000010_0001
Ainsi, dans cet exemple, le dispositif de mesure permet de diviser par deux l’inductance générée par un tel dispositif de mesure.
Ceci permet de limiter l’inductance du dispositif de mesure et ainsi de fiabiliser la mesure de l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation 6.
Comme illustré sur la figure 2, le premier ensemble de pistes 13 se présente sous la forme d’au moins une piste qui est électriquement conductrice. Afin de limiter l’encombrement du premier ensemble de pistes 13, la piste comprend une pluralité de bras formant des lacets ou zigzags.
Dans cet exemple, chaque bras comprend deux portions de piste s’étendant parallèlement l’une par rapport à l’autre et reliées entre elles à une première extrémité du bras par une portion de piste perpendiculaire. Les bras sont ainsi reliés entre eux au niveau de leur deuxième extrémité. Dans l’exemple illustré sur la figure 2, la piste comprend sept bras dont trois bras sont situés entre le connecteur de potentiel négatif B1 et le connecteur de potentiel positif B2 de la carte électronique 3. Ceci permet d’utiliser de manière optimale l’espace disponible sous la capacité 6 tout en respectant les distances d’isolation électrique entre les pistes du circuit électrique.
Comme illustré sur les figures 2 et 4, les différentes portions de la piste sont isolées électriquement entre elles par une zone isolante 15. Comme illustré sur la figure 4, qui représente la figure 2 selon la coupe AA, le premier ensemble de pistes 13 se présente sous la forme d’une couche réalisée en un matériau conducteur électrique imprimé sur une couche conductrice 1 1. La zone isolante 15 se présente alors sous la forme d’une fente formée le long de la piste électrique de chacune de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B du premier ensemble de pistes 13. Cependant, la fente ne s’étend pas au niveau du point de contact entre la piste et l’un du connecteur de potentiel négatif B1 ou du potentiel de masse B3 afin de les relier électriquement. Avantageusement, la zone isolante 15 présente une largeur inférieure à 0,2 mm, de préférence de l’ordre de 130 micromètres. Ceci permet ainsi de limiter la distance entre deux parties de la piste en zigzag et donc l’inductance générée qui est proportionnelle à cette distance.
Toujours en référence à la figure 2, le deuxième ensemble de pistes 14 permet de relier électriquement le premier ensemble de pistes 13 au potentiel de masse B3 de l’unité de contrôle électronique 1.
Le deuxième ensemble de pistes 14 est également isolé électriquement du premier ensemble de pistes 13 par une zone isolante 15 qui se présente sous la forme d’un espace ou creux, comme représenté sur la figure 4.
Deuxième forme de réalisation
Dans une deuxième forme de réalisation du dispositif de mesure selon l’invention, illustrée sur la figure 5, la première partie 13A et la deuxième partie 13B du premier ensemble de pistes 13 sont montées sur deux couches conductrices 11 différentes du circuit imprimé 10.
Dans cet exemple, les formes de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B sont identiques et placées exactement à droite l’une de l’autre. Autrement dit, les formes de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B sont exactement superposées.
La première partie 13A et la deuxième partie 13B sont chacune comprises sur une couche conductrice 11 du circuit imprimé 10, les couches conductrices 1 1 étant séparées par une couche isolante 12, comme illustré sur la figure 3, adaptée pour isoler électriquement la première partie 13A et la deuxième partie 13B.
Une telle superposition de motifs identiques permet aux inductances générées par chacune de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B d’interagir afin de réduire de moitié l’inductance globale du premier ensemble de pistes 13 par rapport à l’inductance de chacune de la première partie 13A et de la deuxième partie 13B.
De manière avantageuse, le premier ensemble de pistes 13 pourrait comprendre plus qu’une première partie 13A et une deuxième partie 13B. De même, le premier ensemble de pistes 13 pourrait combiner des parties symétriques entre elles et des parties superposées les unes sur les autres.
Notamment, le premier ensemble de pistes 13 pourrait comprendre quatre parties (non représentées) imprimées sur deux couches conductrices 11. Dans ce cas, sur chaque couche conductrice 11 , deux parties symétriques entre elles sont imprimées de manière à diviser l’inductance par deux sur chaque couche conductrice 11 par rapport à l’inductance dans une seule partie. Les deux parties d’une même couche conductrice 11 sont identiques et superposées aux deux parties de l’autre couche conductrice 1 1 de manière à diviser par deux l’inductance du premier ensemble de pistes 13 par rapport à l’inductance dans une seule couche conductrice 1 1. Autrement dit, un premier ensemble de pistes 13 comprenant quatre parties permet de diviser par quatre l’inductance par rapport à l’inductance dans une seule partie.
Le connecteur de potentiel négatif B1 et le connecteur de potentiel positif B2 qui relient le circuit imprimé 10 à la capacité d’alimentation 6 sont avantageusement placés au plus près des bornes de la capacité d’alimentation 6 afin de limiter l’inductance générée. De préférence, le circuit imprimé 10 est placé sous la position de la capacité d’alimentation 6. Ceci permet d’utiliser l’espace disponible sous la capacité d’alimentation 6 pour imprimer le premier ensemble de pistes 13 du dispositif de mesure. Ainsi, si le dispositif de mesure n’est pas conservé lors de la fabrication en série, il suffira de ne pas imprimer ces pistes. Et lors du dimensionnement de la capacité d’alimentation 6, le premier ensemble de pistes 13 ne prendra pas, sur le circuit imprimé 10 de l’unité de contrôle électronique 1 , de place à d’autres pistes imprimées.
Procédé de mesure
Il va maintenant être présenté le procédé de mesure de l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation 6 lors du dimensionnement de cette dernière.
Lors d’une étape préliminaire, la résistance du dispositif de mesure, en particulier la résistance du premier ensemble de pistes 13, est déterminée. Dans ce but, on fait passer un courant I dont on connaît la valeur d’intensité à travers le dispositif de mesure. On mesure alors la tension U aux bornes du dispositif de mesure, autrement dit entre le connecteur de potentiel négatif B1 et le potentiel de masse B3. Puis, on détermine, à partir de la valeur de l’intensité du courant I et de la valeur de la tension U mesurée, la valeur de la résistance R du dispositif de mesure donnée par la formule :
U = R * I (1 )
Soit, R = y
Le matériau utilisé pour former le circuit imprimé étant le cuivre, il est possible de définir la résistance R du dispositif de mesure en fonction de la température (T) par extrapolation de la mesure faite à température ambiante (25°C), grâce à la formule
R (T) = R (25°C) * [1 + alpha( 25) * (T - 25)]
où alpha représente le coefficient thermique du matériau sur une plage de température donnée. La valeur de la résistance R du dispositif de mesure reste constante tout au long de la vie du dispositif de mesure et pourra être réutilisée lors de la détermination de l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation comme cela va être décrit.
Lors de l’utilisation du dispositif de mesure, un courant traverse la capacité d’alimentation 6. Or, ce courant traversant également le dispositif de mesure entre le connecteur de potentiel négatif B1 et le potentiel de masse B3, le courant présente une valeur d’intensité identique à la valeur de l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation 6 du fait de la liaison en série entre le dispositif de mesure et la capacité d’alimentation 6.
On mesure alors la valeur de la tension aux bornes du dispositif de mesure, soit entre le connecteur de potentiel négatif B1 et le potentiel de masse B3 de manière connue.
Puis, à l’aide de la valeur déterminée préalablement de la résistance R du dispositif de mesure et de la valeur de la tension U mesurée, on détermine la valeur de l’intensité I du courant traversant le dispositif de mesure donnée par la formule (1 ).
Cette valeur déterminée de l’intensité du courant correspond à la valeur de l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation 6, ce qui permet alors de dimensionner la capacité d’alimentation 6 afin qu’elle résiste lors de l’utilisation de l’unité de contrôle électronique 1. En effet, le dispositif de mesure présentant une inductance globale réduite, cette inductance ne perturbe pas ou très peu la mesure de l’intensité du courant.
Avantageusement, le dispositif de mesure peut être monté dans l’unité de contrôle électronique 1 uniquement lors de la phase de développement du véhicule automobile. Lors de la fabrication en série de ce véhicule, l’unité de contrôle électronique 1 ne comprend alors pas de dispositif de mesure afin de limiter le nombre de composants et donc les coûts de fabrication d’une telle unité de contrôle électronique 1.
De manière alternative, l’unité de contrôle électronique 1 d’un véhicule fabriqué en série pourrait comprendre le dispositif de mesure selon l’invention. Ceci permet notamment de mesurer, tout au long de la vie du véhicule, le courant traversant la capacité d’alimentation 6 afin de diagnostiquer cette dernière. Ceci peut permettre de détecter un dysfonctionnement et ainsi de prévenir et anticiper une panne du véhicule. Une routine peut être intégrée à cet effet dans le module de contrôle afin de collecter et suivre la consommation statistique de la capacité selon des modes de fonctionnement prédéfinis dans le module de contrôle.
Avantageusement, le dispositif de mesure génère une résistance du fait de la longueur et de la largeur des pistes du premier ensemble de pistes 13. Aussi, dans le cas d’une capacité d’alimentation 6 présentant une résistance interne nulle ou faible, notamment dans le cas d’une capacité d’alimentation de type polymère hybride, l’ajout du dispositif de mesure en série au niveau d’une borne de la capacité d’alimentation 6 permet de filtrer les oscillations brusques du courant traversant la capacité d’alimentation 6 afin de prévenir un endommagement du circuit électrique. La valeur de la résistance générée par le dispositif de mesure peut alors être choisie dans une plage de valeur résistive permettant cette protection.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de l’intensité d’un courant adapté pour mesurer l’intensité d’un courant traversant une capacité d’alimentation (6) d’une unité de contrôle électronique (1 ) d’un véhicule automobile, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un circuit imprimé (10), ledit circuit imprimé (10) comprenant au moins une couche conductrice (1 1 ) et au moins un premier ensemble de pistes (13) imprimées sur ladite au moins une couche conductrice (11 ), ledit premier ensemble de pistes (13) comprenant au moins une première partie (13A) présentant une première inductance (Li) et au moins une deuxième partie (13B) présentant une deuxième inductance (l_2), la première partie (13A) et la deuxième partie (13B) étant agencées de sorte que l’inductance totale (LT) du dispositif soit inférieure à chacune de la première inductance (Li) et de la deuxième inductance (l_2).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la première partie (13A) et la deuxième partie (13B) dudit au moins un premier ensemble de pistes (13) étant montées sur une même couche conductrice (11 ) du circuit imprimé (10), la forme de la première partie (13A) et de la deuxième partie (13B) sont symétriques.
3. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le circuit imprimé (10) comprend au moins deux couches conductrices (1 1 ) superposées, chacune de la première partie (13A) et de la deuxième partie (13B) étant montées sur l’une des deux couches conductrices (11 ), la forme de la première partie (13A) et la forme de la deuxième partie (13B) sont identiques et superposées.
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier ensemble de pistes (13) comprend au moins une piste en forme de zigzag comportant au moins deux bras définissant chacun deux portions de piste s’étendant parallèlement l’une par rapport à l’autre.
5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel lesdites deux portions de piste sont séparées entre elles par une zone isolante (15).
6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la piste se présentant sous la forme d’une épaisseur de matière conductrice, ladite zone isolante se présente sous la forme d’une fente formée le long de ladite piste.
7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ladite fente présente une largeur inférieure à 0,2 mm, de préférence inférieure à 130 micromètres.
8. Unité de contrôle électronique (1 ) d’une pluralité d’injecteurs d’un véhicule, ladite unité de contrôle électronique (1 ) comprenant au moins une carte électronique (3), ladite carte électronique (3) comprenant un module de contrôle (4), un convertisseur (5) de tension, une capacité d’alimentation (6) et un module de pilotage (7) des injecteurs, ledit module de contrôle (4) étant configuré pour contrôler le module de pilotage (7) afin que ledit module de pilotage (7) commande les injecteurs à partir d’un courant de commande fourni par le convertisseur (5) via la capacité d’alimentation (6), ladite carte électronique (3) étant caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dispositif de mesure selon l’une des revendications précédentes afin de déterminer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation (6).
9. Unité de contrôle électronique (1 ) selon la revendication précédente, dans laquelle la capacité d’alimentation (6) présentant deux bornes et la carte électronique (3) comprenant un connecteur de potentiel négatif (B1 ) relié électriquement à l’une des bornes de la capacité d’alimentation (6) et un connecteur de potentiel positif (B2) relié électriquement à l’autre des bornes de la capacité d’alimentation (6), ledit dispositif de mesure est relié électriquement à la capacité d’alimentation (6) au niveau du connecteur de potentiel négatif (B1 ) afin de mesurer l’intensité du courant traversant la capacité d’alimentation (6).
10. Véhicule automobile comprenant une pluralité d’injecteurs et au moins une unité de contrôle électronique (1 ) selon la revendication précédente.
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