EP1217205A1 - Procédé et dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile - Google Patents

Procédé et dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile Download PDF

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EP1217205A1
EP1217205A1 EP01403259A EP01403259A EP1217205A1 EP 1217205 A1 EP1217205 A1 EP 1217205A1 EP 01403259 A EP01403259 A EP 01403259A EP 01403259 A EP01403259 A EP 01403259A EP 1217205 A1 EP1217205 A1 EP 1217205A1
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EP
European Patent Office
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motor
electric motor
supply
pinion
phase
Prior art date
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EP01403259A
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German (de)
English (en)
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EP1217205B1 (fr
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Dominique Sebille
Gérard Vilou
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0851—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/041—Starter speed

Definitions

  • the present invention relates to methods and to the supply control devices of motor vehicle starters.
  • a starter motor vehicle conventionally comprises an engine electric M whose output shaft carries a pinion 10 mobile which is intended to cooperate with the gear of a vehicle thermal engine starter ring (not shown).
  • the pinion 10 is slidably mounted on the shaft of the motor enters a rest position in which it is disengaged from the starter ring and a position active in which it meshes with it.
  • a contactor 12 which has a coil 12a and a plunger core 12b movable axially relative to the electric motor M when the winding 12a is activated, controls the power supply to the electric motor M by displacement of a movable contact 14 from one position opening to a closed position, being pushed by the plunger 12b.
  • Contactor 12 also controls movement of the movable pinion 10. Its plunger core 12b is for this connected to the pinion 10 by mechanical means designated by the general reference number 16.
  • These mechanical means include a fork cooperating, by its upper end, with the core plunger 12b and, by its lower end, with a launcher to which the pinion belongs 10.
  • This launcher has an interposed freewheel axially between a hub and the pinion 10.
  • the hub is internally fitted with helical grooves with complementary external helical teeth carried locally by the motor output shaft electric M.
  • the fork is pivotally mounted between its two ends on a housing containing internally the mechanical means 16 and carrying the motor M and contactor 12.
  • the starter with its pinion 10, is driven in a helical movement when it is moved by the fork to engage with the start-up crown.
  • the mechanical means 16 also include a return spring Rr mounted around the core 12b for recall it in the rest position, a spring Rc cut associated with mobile contact 12b to remind this in the open position and a Rd spring says "teeth against teeth” spring, stiffer than that of the Rr Recall spring.
  • This teeth spring against teeth is housed inside the core 12b and is engaged with a first rod 20 connected by an axis at the end upper part of the range for coupling it to core 12b.
  • This rod mounted inside a blind hole of the core 12b is intended, after a determined stroke, to come into engagement with a second rod 22 secured to the movable contact 14 and sliding mount inside the fixed core 18.
  • the contactor 12 In the closed position, the contactor 12 cooperates with a fixed contact made in the form of pads P respectively connected to the positive terminal of the battery and the electric motor M, allowing feeding the latter.
  • the contactor 12 first of all causes the displacement of the movable pinion up to the crown of start-up then, at the end of the travel of the mobile core 12b, the power supply of the electric motor M.
  • the spring says “teeth against teeth” is compressed, which allows the plunger core 12b to continue to run to power the electric motor.
  • the movable pinion 10 is located near an end of travel stop B.
  • the pinion 10 immobilized in rotation by the resistive torque exerted by the crown of drive of the heat engine, is powered by helical grooves connecting the wheel free and the output shaft until it comes to rest against a stop B.
  • the pinion is then secured to the shaft and drives the heat engine in rotation.
  • the output shaft of the motor M acquires a high speed of rotation while the crown of the engine stay still.
  • Another solution is to limit the starter electric motor supply as long as the pinion is not in the active position and to be put implementing a power supply phase for this motor with a increased power as soon as the pinion is in position active.
  • the object of the invention is therefore to overcome these disadvantages in a simple and economical way.
  • the engine speed which remains dependent on a set of parameters that cannot be controlled, such as temperature, wear of parts, viscosity lubricants used, ..., remains under control.
  • the invention also relates to a device for control of the power supply of an electric motor of a motor vehicle starter, comprising means switch connected to the supply battery of the vehicle, means for detecting the position of a movable pinion for driving a starter ring of the vehicle's engine and a control unit suitable for controlling the supply of the electric motor according to a first phase of power supply to the engine electric with reduced power during which the starter gear is moved rest position to an active position in which it cooperates with the drive crown and a second phase of supplying the electric motor with electrical energy with increased power when the sprocket is in its active position, essentially characterized in that it includes means for measuring the speed of rotation of the starter motor associated with the control unit to control the power supply to the motor electric depending on the rotation speed of this last, at least during the first phase Power.
  • the device comprises essentially an inverter 24 made up of a set of switching cells 26-1, 26-2, ..., 26-n mounted in bridge controlled at opening and closing by a control unit 30 for supplying each of the coils 32-1, 32-2, ..., 32-n of the electric motor 34 of the starter.
  • control unit 30 is provided with respective outputs connected to the grid of each switching cells of the inverter 24 and provides these a rectangular signal whose frequency is modulated according to the speed of rotation of the electric motor 34.
  • the drain of the switching cells 26-1, 26-2 ..., 26-n of one of the branches of the inverter 24 is connected to the positive terminal B + of the vehicle supply battery. , the source of these switching cells being connected to a respective motor coil.
  • switch cells 28-1, 28-2, ..., 28-n of the other branch of the inverter 24 their drain is connected to the power coils, their source being connected to ground.
  • the power supply device for the motor 34 is provided with a member 36 for measuring the rotational speed and angular position of the armature of the motor 34, supplying the control unit 30 corresponding measurement signals, as well as a electromagnet 38 controlling the movement of the pinion equipping the motor shaft of the electric motor 34 with a rest position, in which it is disengaged from the vehicle engine crown gear, towards an active position in which it meshes with it to rotate the heat engine.
  • a control line provided with a switch K controlled by an ignition key is connected to an input e of the control unit 30 on the one hand and to the positive terminal B + of the supply battery of the vehicle, on the other hand.
  • the measurement member 36 can be consisting of any type of sensor suitable for supplying to the control unit 30 a signal for measuring the motor speed and a measurement signal the angular position of the armature, for example a sensor inductive, Hall effect, capacitive type, piezoelectric, ...
  • the motor shaft of the electric motor is provided with a pinion 39 provided with an axially movable freewheel, as mentioned earlier, between a position of rest, in which the pinion is disengaged from a vehicle engine crown gear, and an active position, in which it meshes with this, under the control of the electromagnet 38, by through mechanical means 40, essentially consisting of a fork mounted so oscillating and cooperating, by one of its ends with a plunger core disposed in the electromagnet 38 and the other end of which ensures the axial displacement of the movable pinion 39.
  • the starter which has just been described is completed by a detector (not shown) placed at the end of pinion stroke 39 and capable of detecting positioning of the latter in active position, this detector being connected to the control unit to control the starter electric motor supply.
  • control unit 30 drives the switching cells of the inverter 24 so as to cause the power to the electric motor 34 according to a first power supply phase reduced, implemented when the pinion is moved its rest position to its active position, and according to a second power supply phase, implemented when the pinion is in position active.
  • the command 30 causes the electromagnet to be powered 38 so as to cause the pinion 39 to move its rest position towards its active position.
  • the command 30 implements the first phase power supply to electric motor 34 at low power by controlling the grid of each of the cells switching, in a manner known per se, for example by pulse width modulation, so that drive the electric motor at a reduced speed, for example between 1 and 500 revolutions per minute.
  • control unit 30 incorporates means of timing in order to launch this first feeding phase after expiration a predetermined period of time, for example less than or equal to about a second, so that avoid a drop in battery voltage due to the electric motor while the electromagnet 38 is still with a large air gap and that, as a result, the developed attraction forces are likely to be insufficient to overcome the resistant efforts of the nucleus mobile due to friction or the presence of springs reminder. We can then reduce the dimensioning of the electromagnet 38.
  • control unit 30 receives, on one of its inputs, a motor speed measurement signal and modulates the frequency of the applied control signals to the grid of the switching cells so that keep the rotation speed low predetermined.
  • control unit 30 causes the implementation of the second power supply phase, with increased power, so as to allow the engine to start vehicle.
  • This second phase is implemented as soon as the pinion 38 reaches the limit stop, detected, as previously mentioned by means of a detector appropriate, or when a timeout expires that the pinion has reached this stop, for example understood between 2 and 200 milliseconds, so as to allow meshing of the pinion teeth 39 with those of the motor drive crown.
  • This time delay can however be adjusted according to different operating parameters, such as temperature, electromagnet supply voltage, ...
  • the means of detection of pinion positioning in active position can be replaced by an appropriate algorithm analysis of the current absorbed by the electric motor, incorporated in the control unit 30, capable of detecting a abrupt rise of the current generated to overcome the couple resistant to the heat engine when the pinion meshes with the drive crown.
  • this second feeding phase to full power can also be implemented after that the armature of the electric motor has traveled a distance predetermined angle, which distance corresponds to an angular distance from which in the worst case cases, the pinion has reached the stop.
  • the motor 34 is constituted by an AC motor.
  • the feed device basically has a control unit 41 receiving, as input, signals e1 and e2 representative of the engine speed electric M of the starter as well as, on an input e3, a control signal delivered after action on a switch K by means of an ignition key.
  • the control unit 41 is connected, at the output, to an electromagnet 42 having the function of controlling the axial movement of the starter pinion from its rest position to its active position, as well as a transistor 44 operating in switch, placed in series between the motor M, with the interposition of an inductor 46, and the positive terminal B + for supplying the battery of the motor vehicle.
  • a sensor 48 for measuring the speed of rotation motor shaft M and position measurement angular armature of the latter consisting of example by a coded wheel 50 linked to the motor shaft and by a corresponding detector 52, supplied by through a circuit 54 for shaping and a frequency / voltage converter 56, a voltage Um representative of speed and angular position of the motor shaft.
  • a first comparator 58 performs a comparison between the voltage Um and a first reference voltage Uref1 representative of a minimum speed value of engine rotation during the first phase power supply and provides information corresponding on the input e1 of the control unit 41.
  • a second comparator 60 performs a comparison between this Um voltage and a second reference voltage Uref2 representative of a value maximum speed of the motor M during of this first feeding phase.
  • the command 41 drives transistor 44 depending on the motor rotation speed M, i.e. it makes passing transistor 44 when voltage Um is located between e1 and e2, and blocks it if the voltage Um is greater than the second threshold value Uref2.
  • the motor rotation speed N is perfectly under control and oscillates, during the first phase I supply, between two extreme values N1 and N2 which each correspond to a voltage threshold value.
  • control unit controls the electromagnet 42 so to move the moving starter pinion.
  • the second motor M supply phase II after expiration a predetermined period of time after positioning of the pinion in its active configuration, this positioning can be detected by an appropriate sensor or deduced from the angular displacement of the motor armature.
  • control unit 41 causes the supply of the motor M, during the first phase supply, after the expiration of a timer, so as to avoid any drop in battery voltage due to the starting of the motor M while the electromagnet 42 is still with a large air gap.

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Abstract

Selon ce procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile doté d'un pignon mobile (39) entre une position de repos et une position active dans laquelle il coopère avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique (34) du véhicule, l'on met en oeuvre une première phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance réduite, au cours du déplacement du pignon de sa position de repos jusqu'à sa position active et, lorsque le pignon (39) se situe dans cette position, l'on met en oeuvre une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique avec une puissance accrue. Au moins lors de la première phase d'alimentation du moteur électrique, on pilote l'alimentation du moteur électrique (34) en fonction de sa vitesse de rotation. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte aux procédés et aux dispositifs de commande de l'alimentation de démarreurs de véhicule automobile.
Tel qu'illustré à la figure 1, un démarreur de véhicule automobile comporte classiquement un moteur électrique M dont l'arbre de sortie porte un pignon 10 mobile qui est destiné à coopérer avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule (non représentée).
Le pignon 10 est monté coulissant sur l'arbre du moteur entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne de démarrage et une position active dans laquelle il engrène avec celui-ci.
Un contacteur 12, qui comporte un bobinage 12a et un noyau plongeur 12b mobile axialement par rapport au moteur électrique M lorsque le bobinage 12a est activé, assure la commande de l'alimentation du moteur électrique M par déplacement d'un contact mobile 14 d'une position d'ouverture vers une position de fermeture, en étant poussé par le noyau plongeur 12b.
Le contacteur 12 commande également le déplacement du pignon mobile 10. Son noyau plongeur 12b est pour cela relié au pignon 10 par des moyens mécaniques désignés par la référence numérique générale 16.
Ces moyens mécaniques comportent une fourchette coopérant, par son extrémité supérieure, avec le noyau plongeur 12b et, par son extrémité inférieure, avec un lanceur auquel appartient le pignon 10.
Ce lanceur comporte une roue libre intercalée axialement entre un moyeu et le pignon 10. Le moyeu est doté intérieurement de cannelures hélicoïdales en prise avec des dentures hélicoïdales externes complémentaires portées localement par l'arbre de sortie du moteur électrique M.
La fourchette est montée de manière pivotante entre ses deux extrémités sur un carter contenant intérieurement les moyens mécaniques 16 et portant le moteur M et le contacteur 12. Le lanceur, avec son pignon 10, est animé d'un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est déplacé par la fourchette pour venir en prise avec la couronne de démarrage.
Ceci est réalisé en alimentant le bobinage 12a suite à un actionnement de la clé de contact du véhicule, ce qui permet de mettre en mouvement le noyau plongeur 12b qui est alors attiré en direction d'un noyau fixe 18 monté à l'extrémité d'un support du bobinage 12a jusqu'à une position d'appui sur ce dernier dans lequel le circuit d'alimentation du moteur électrique M est fermé.
Les moyens mécaniques 16 comportent également un ressort de rappel Rr monté autour du noyau 12b pour rappeler celui-ci en position de repos, un ressort de coupure Rc associé au contact mobile 12b pour rappeler celui-ci en position d'ouverture et un ressort Rd dit ressort « dents contre dents », de raideur plus forte que celle du ressort de Rappel Rr. Ce ressort dents contre dents est logé à l'intérieur du noyau 12b et est en prise avec une première tige 20 reliée par un axe à l'extrémité supérieure de la fourchette pour attelage de celle-ci au noyau 12b.
Cette tige, montée à l'intérieur d'un trou borgne du noyau 12b est destinée, après une course déterminée, à venir en prise avec une deuxième tige 22 solidaire du contact mobile 14 et montée coulissante à l'intérieur du noyau fixe 18. En position de fermeture, le contacteur 12 coopère avec un contact fixe réalisé sous la forme de plots P reliés respectivement à la borne positive de la batterie et au moteur électrique M, permettant ainsi l'alimentation de ce dernier.
Ainsi, le contacteur 12 provoque tout d'abord le déplacement du pignon mobile jusqu'à la couronne de démarrage puis, en fin de course du noyau mobile 12b, l'alimentation du moteur électrique M.
Il arrive souvent que le pignon 10 vienne axialement en contact de butée avec les dents de la couronne avant de pénétrer dans celle-ci.
Dans ce cas, le ressort dit "dents contre dents" est comprimé, ce qui permet au noyau plongeur 12b de poursuivre sa course pour alimenter le moteur électrique.
La mise en rotation du pignon 10 et la poussée du ressort dents contre dents Rd permettent alors conjointement la pénétration des dents du pignon dans la couronne.
Cependant, dès la fermeture du contacteur 12, le moteur électrique M est alimenté sous pleine puissance. La vitesse du pignon 10 croít alors très rapidement, entraínant des chocs et des contraintes relativement importantes, susceptibles de provoquer des usures des faces frontales des dentures de la couronne et du pignon qui, à terme, peuvent empêcher une pénétration correcte du pignon. Il s'ensuit une rapide destruction de ces derniers.
Par ailleurs, lorsque le contact mobile 12b se situe en bout de course, le pignon mobile 10 se situe à proximité d'une butée de fin de course B. Le pignon 10, immobilisé en rotation par le couple résistant exercé par la couronne d'entraínement du moteur thermique, est propulsé par les cannelures hélicoïdales liant la roue libre et l'arbre de sortie jusqu'à venir en appui contre une butée B. Le pignon est alors solidaire de l'arbre et entraíne le moteur thermique en rotation.
Au cours de ce déplacement, l'arbre de sortie du moteur M acquiert une vitesse de rotation importante alors que la couronne d'entraínement du moteur thermique reste immobile.
Dès que le pignon vient prendre appui contre la butée, un choc violent se produit suite au freinage du pignon et à la mise en rotation du moteur thermique. Le niveau de ce choc est fonction des inerties mécaniques du moteur thermique et du démarreur, de la vitesse de ce dernier au moment du choc, de l'élasticité torsionnelle du démarreur et du moteur thermique. Il en résulte des bruits relativement importants, des usures et des risques de destruction de la couronne et du pignon.
On a tenté de pallier ces inconvénients en utilisant des matériaux suffisamment résistants et en dimensionnant suffisant les pièces mécaniques incriminées. Cette solution engendre cependant un coût rédhibitoire.
Une autre solution consiste à limiter l'alimentation du moteur électrique du démarreur tant que le pignon ne se situe pas en position active et à mettre en oeuvre une phase d'alimentation de ce moteur avec une puissance accrue dès que le pignon se situe en position active.
Tel est par exemple le cas du démarreur décrit dans le document FR-A-2 791 830, dans lequel, tant que le pignon n'a pas atteint sa position active, l'on effectue une comparaison du courant d'alimentation du moteur avec une valeur de seuil et l'on réduit l'alimentation du moteur en cas de dépassement de ce seuil.
Tel est également le cas dans le document FR-A-2 679 717 dans lequel on utilise une bobine pilotant l'actionnement d'un contacteur d'alimentation du moteur électrique et l'avancement du pignon, la bobine étant alimentée par l'intermédiaire d'un transistor commandé par exemple par des impulsions de type à modulation par largeur d'impulsions, selon laquelle on augmente progressivement le rapport cyclique des pulsations pour obtenir un courant efficace dans la bobine variant de façon progressive.
Néanmoins, selon ces différentes techniques, la vitesse de rotation du moteur reste non maítrisée.
Le but de l'invention est donc de pallier ces inconvénients et ce, de manière simple et économique.
Elle a donc pour objet un procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile doté d'un pignon mobile entre une position de repos et une position active dans laquelle il coopère avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule, selon lequel au cours du déplacement du pignon de sa position de repos jusqu'à sa position active, l'on met en oeuvre une première phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance réduite et, lorsque le pignon se situe en position active, l'on met en oeuvre une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique avec une puissance accrue, essentiellement caractérisé en ce qu'au moins lors de la première phase d'alimentation du moteur électrique, l'on pilote l'alimentation du moteur électrique en fonction de sa vitesse de rotation.
Dès lors, la vitesse du moteur, qui reste dépendante d'un ensemble de paramètres non maítrisables, tels que la température, l'usure des pièces, la viscosité des lubrifiants utilisés, ..., reste maítrisée.
Ce procédé peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
  • le pignon mobile étant déplacé de sa position de repos vers sa position active sous l'action d'un électro-aimant, la première phase d'alimentation est mise en oeuvre à l'expiration d'une période de temps prédéterminée après activation de l'électro-aimant ;
  • la période de temps est inférieure ou égale à environ une seconde ;
  • la deuxième phase d'alimentation du moteur électrique est mise en oeuvre à l'issu d'une temporisation après que le pignon a atteint sa position active ;
  • la temporisation est comprise entre environ 2 et 200 millisecondes ;
  • la temporisation est déterminée en fonction du déplacement angulaire de l'arbre du moteur électrique.
L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile, comprenant des moyens de commutation raccordés à la batterie d'alimentation du véhicule, des moyens de détection de la position d'un pignon mobile d'entraínement d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule et une unité de commande apte à piloter l'alimentation du moteur électrique selon une première phase d'alimentation du moteur en énergie électrique avec une puissance réduite au cours de laquelle le pignon du démarreur est déplacé d'une position de repos vers une position active dans laquelle il coopère avec la couronne d'entraínement et une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance accrue lorsque le pignon se situe dans sa position active, essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur du démarreur associés à l'unité de commande pour piloter l'alimentation du moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation de ce dernier, au moins au cours de la première phase d'alimentation.
Ce dispositif peut avantageusement être complété par une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • les moyens de commutation sont constitués par un onduleur dont les cellules de commutation sont alimentées par des signaux de commande délivrés par l'unité de commande dont la fréquence est modulée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique ;
  • les moyens de commutation sont constitués par un commutateur raccordé en série entre la batterie d'alimentation du véhicule et le moteur électrique, des moyens assurant une comparaison de la vitesse de rotation du moteur avec une valeur minimale de seuil à partir de laquelle le moteur est alimenté et avec une valeur maximale de seuil à partir de laquelle l'alimentation du moteur est coupée ;
  • les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par un capteur de mesure ;
  • les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par des moyens de traitement des courants induits par le rotor du moteur électrique ;
  • il comporte des moyens de détection du pignon, aptes à détecter le positionnement de ce dernier en position active, raccordés à l'unité de commande pour provoquer la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation ;
  • il comporte des moyens de mesure du déplacement angulaire de l'arbre moteur du démarreur et des moyens de comparaison de la valeur mesurée du déplacement angulaire avec une valeur de seuil à partir de laquelle on autorise la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1, dont il a déjà fait mention, représente un démarreur de véhicule automobile conforme à l'état de la technique ;
  • la figure 2 représente schématiquement un montage d'alimentation d'un démarreur conforme à l'invention ;
  • la figure 3 illustre schématiquement la structure d'un démarreur pourvu d'un tel dispositif d'alimentation ;
  • la figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un montage d'alimentation d'un démarreur conforme à l'invention ; et
  • la figure 5 est une courbe montrant l'évolution de la vitesse de rotation du moteur et du démarreur en fonction du temps, au cours des première et deuxième phases d'alimentation.
Tel qu'illustré à la figure 2, sur laquelle on a représenté le schéma électrique d'un dispositif d'alimentation d'un moteur à courant alternatif d'un démarreur de véhicule automobile, le dispositif comporte essentiellement un onduleur 24 constitué d'un ensemble de cellules de commutation 26-1, 26-2, ..., 26-n montées en pont pilotées à l'ouverture et à la fermeture par une unité de commande 30 pour l'alimentation de chacune des bobines 32-1, 32-2, ..., 32-n du moteur électrique 34 du démarreur.
A cet effet, l'unité de commande 30 est pourvue de sorties respectives s raccordées à la grille de chacune des cellules de commutation de l'onduleur 24 et fournit à ces dernières un signal de forme rectangulaire dont la fréquence est modulée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique 34.
Par ailleurs, le drain des cellules de commutation 26-1, 26-2..., 26-n de l'une des branches de l'onduleur 24 est raccordé à la borne positive B+ de la batterie d'alimentation du véhicule, la source de ces cellules de commutation étant raccordée à une bobine respective du moteur.
En ce qui concerne les cellules de commutation 28-1, 28-2, ..., 28-n de l'autre branche de l'onduleur 24, leur drain est raccordé aux bobines d'alimentation, leur source étant raccordée à la masse.
Par ailleurs, le dispositif d'alimentation du moteur 34 est pourvu d'un organe 36 de mesure de la vitesse de rotation et de la position angulaire de l'induit du moteur 34, fournissant à l'unité de commande 30 des signaux de mesure correspondant, ainsi qu'un électro-aimant 38 pilotant le déplacement du pignon équipant l'arbre moteur du moteur électrique 34 d'une position de repos, dans laquelle il est désengagé de la couronne d'entraínement du moteur thermique du véhicule, vers une position active dans laquelle il engrène avec celle-ci pour entraíner en rotation le moteur thermique.
Par ailleurs, une ligne de commande pourvue d'un interrupteur K à commande par clé de contact est raccordée à une entrée e de l'unité de commande 30 d'une part et à la borne positive B+ de la batterie d'alimentation du véhicule, d'autre part.
On notera que l'organe de mesure 36 peut être constitué par tout type de capteur approprié pour fournir à l'unité de commande 30 un signal de mesure de la vitesse de rotation du moteur et un signal de mesure de la position angulaire de l'induit, par exemple un capteur de type inductif, à effet Hall, de type capacitif, piézoélectrique, ...
En ce qui concerne le démarreur, en se référant à la figure 3 sur laquelle on a représenté de manière schématique ses principaux éléments constitutifs, celui-ci est pourvu du moteur électrique 34 auquel est raccordé un module d'électronique de puissance 37 incorporant les composants du circuit représenté sur la figure 2, à savoir le circuit onduleur ainsi que l'unité de commande 30.
L'arbre moteur du moteur électrique est pourvu d'un pignon 39 pourvu d'une roue libre déplaçable axialement, comme mentionné précédemment, entre une position de repos, dans laquelle le pignon est désengagé d'une couronne d'entraínement du moteur thermique du véhicule, et une position active, dans laquelle il engrène avec celle-ci, sous le contrôle de l'électro-aimant 38, par l'intermédiaire de moyens mécaniques 40, essentiellement constitués par une fourchette montée de manière oscillante et coopérant, par l'une de ses extrémités avec un noyau plongeur disposé dans l'électro-aimant 38 et dont l'autre extrémité assure le déplacement axial du pignon mobile 39.
On voit par ailleurs sur cette figure 3 que le démarreur est pourvu de l'organe de mesure 36.
Le démarreur qui vient d'être décrit est complété par un détecteur (non représenté) disposé en bout de course du pignon 39 et apte à détecter le positionnement de ce dernier en position active, ce détecteur étant raccordé à l'unité de commande pour piloter l'alimentation du moteur électrique du démarreur.
On détaillera ci-après le fonctionnement du démarreur et du dispositif d'alimentation de ce dernier qui viennent d'être décrits.
Comme indiqué précédemment, l'unité de commande 30 pilote les cellules de commutation de l'onduleur 24 de manière à provoquer l'alimentation du moteur électrique 34 selon une première phase d'alimentation à puissance réduite, mise en oeuvre lorsque le pignon est déplacé de sa position de repos jusqu'à sa position active, et selon une deuxième phase d'alimentation à puissance accrue, mise en oeuvre lorsque le pignon se situe en position active.
Ainsi, dès que l'utilisateur a fermé l'interrupteur K par actionnement de sa clé de contact, l'unité de commande 30 provoque l'alimentation de l'électro-aimant 38 de manière à provoquer le déplacement du pignon 39 de sa position de repos vers sa position active.
Dès fermeture de l'interrupteur K, l'unité de commande 30 met en oeuvre la première phase d'alimentation du moteur électrique 34 à faible puissance en pilotant la grille de chacune des cellules de commutation, de manière connue en soi, par exemple par modulation par largeur d'impulsions, de manière à entraíner le moteur électrique avec une vitesse réduite, par exemple comprise entre 1 et 500 tours par minute.
Cependant, de préférence, l'unité de commande 30 incorpore des moyens de temporisation de manière à lancer cette première phase d'alimentation après l'expiration d'une période de temps prédéterminée, par exemple inférieure ou égale à environ une seconde, de manière à éviter une chute de tension de la batterie due à la mise en marche du moteur électrique alors que l'électro-aimant 38 est encore à grand entrefer et que, de ce fait, les forces d'attraction développées risquent d'être insuffisantes pour vaincre les efforts résistant du noyau mobile dû au frottement ou à la présence de ressorts de rappel. On peut alors réduire le dimensionnement de l'électro-aimant 38.
On notera que, au cours de cette première phase, l'unité de commande 30 reçoit, sur l'une de ses entrées, un signal de mesure de la vitesse de rotation du moteur et module la fréquence des signaux de commande appliqués à la grille des cellules de commutation de manière à maintenir la vitesse de rotation à la valeur faible prédéterminée.
Dès que le pignon 39 atteint sa position active, l'unité de commande 30 provoque la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation, à puissance accrue, de manière à permettre le démarrage du moteur thermique du véhicule.
Cette deuxième phase est mise en oeuvre dès que le pignon 38 atteint la butée de fin de course, détectée, comme mentionné précédemment au moyen d'un détecteur approprié, ou à l'expiration d'une temporisation après que le pignon a atteint cette butée, par exemple comprise entre 2 et 200 millisecondes, de manière à permettre un engrènement des dents de pignon 39 avec celles de la couronne d'entraínement du moteur. Cette temporisation peut toutefois être modulée en fonction de différents paramètres de fonctionnement, tels que la température, la tension d'alimentation de l'électro-aimant, ...
On notera cependant que, en variante, les moyens de détection du positionnement du pignon en position active peuvent être remplacés par un algorithme approprié d'analyse du courant absorbé par le moteur électrique, incorporé à l'unité de commande 30, apte à détecter une montée brusque du courant engendré pour vaincre le couple résistant du moteur thermique lorsque le pignon s'engrène avec la couronne d'entraínement.
Par ailleurs, cette deuxième phase d'alimentation à pleine puissance peut également être mise en oeuvre après que l'induit du moteur électrique a parcouru une distance angulaire prédéterminée, laquelle distance correspond à une distance angulaire à partir de laquelle, dans le pire des cas, le pignon a atteint la butée.
Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, on a considéré que le moteur 34 est constitué par un moteur à courant alternatif.
On va maintenant décrire, en référence aux figures 4 et 5, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation conforme à l'invention, approprié pour l'alimentation d'un moteur à courant continu.
Conformément à ce mode de réalisation, le dispositif d'alimentation comporte essentiellement une unité de commande 41 recevant, en entrée, des signaux e1 et e2 représentatifs de la vitesse de rotation du moteur électrique M du démarreur ainsi que, sur une entrée e3, un signal de commande délivré après action sur un interrupteur K au moyen d'une clé de contact.
L'unité de commande 41 est raccordée, en sortie, à un électro-aimant 42 ayant pour fonction de commander le déplacement axial du pignon du démarreur de sa position de repos jusqu'à sa position active, ainsi qu'un transistor 44 fonctionnant en interrupteur, placé en série entre le moteur M, avec interposition d'un inducteur 46, et la borne positive B+ d'alimentation de la batterie du véhicule automobile.
Un capteur 48 de mesure de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur M et de mesure de la position angulaire de l'induit de ce dernier, constitué par exemple par une roue codée 50 liée à l'arbre du moteur et par un détecteur 52 correspondant, fournit par l'intermédiaire d'un circuit 54 de mise en forme et d'un convertisseur de fréquence/tension 56, une tension Um représentative de la vitesse et de la position angulaire de l'arbre moteur.
Un premier comparateur 58 effectue une comparaison entre la tension Um et une première tension de référence Uref1 représentative d'une valeur minimale de la vitesse de rotation du moteur au cours de la première phase d'alimentation du moteur et fournit une information correspondante sur l'entrée e1 de l'unité de commande 41.
Par ailleurs, un deuxième comparateur 60 réalise une comparaison entre cette tension Um et une deuxième tension de référence Uref2 représentative d'une valeur maximale de la vitesse de rotation du moteur M au cours de cette première phase d'alimentation.
Ainsi, lors du déplacement du pignon mobile de sa position de repos jusqu'à sa position active, l'unité de commande 41 pilote le transistor 44 en fonction de la vitesse de rotation du moteur M, c'est-à-dire qu'il rend passant le transistor 44 lorsque la tension Um se situe entre e1 et e2, et le bloque si la tension Um est supérieure à la deuxième valeur de seuil Uref2.
Ainsi, comme cela est visible sur la figure 5, la vitesse de rotation N du moteur est parfaitement maítrisée et oscille, lors de la première phase I d'alimentation, entre deux valeurs extrêmes N1 et N2 qui correspondent chacune à une valeur de seuil de tension.
Parallèlement, et comme mentionné précédemment, l'unité de commande pilote l'électro-aimant 42 de manière à déplacer le pignon mobile du démarreur.
En particulier, elle met en oeuvre la deuxième phase d'alimentation II du moteur M après expiration d'une période de temps prédéterminée après positionnement du pignon dans sa configuration active, ce positionnement pouvant être détecté au moyen d'un capteur approprié ou déduit du déplacement angulaire de l'induit du moteur.
De même, et comme dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, l'unité de commande 41 provoque l'alimentation du moteur M, au cours de la première phase d'alimentation, après expiration d'une temporisation, de manière à éviter toute chute de tension de la batterie due à la mise en marche du moteur M alors que l'électro-aimant 42 est encore à grand entrefer.

Claims (13)

  1. Procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique (34) de démarreur de véhicule automobile doté d'un pignon (39) mobile entre une position de repos et une position active dans laquelle il coopère avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule, selon lequel au cours du déplacement du pignon (39) de sa position de repos jusqu'à sa position active, l'on met en oeuvre une première phase d'alimentation du moteur électrique (34) en énergie électrique avec une puissance réduite et, lorsque le pignon (39) se situe en position active, l'on met en oeuvre une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique avec une puissance accrue, caractérisé en ce qu'au moins lors de la première phase d'alimentation du moteur électrique, l'on pilote l'alimentation du moteur électrique en fonction de sa vitesse de rotation.
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon mobile (39) étant déplacé de sa position de repos vers sa position active sous l'action d'un électroaimant(38 ;42), la première phase d'alimentation est mise en oeuvre à l'expiration d'une période de temps prédéterminée après activation de l'électroaimant.
  3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la période de temps est inférieure ou égale à environ 1 seconde.
  4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième phase d'alimentation du moteur électrique (34) est mise en oeuvre à l'issu d'une temporisation après que le pignon a atteint sa position active.
  5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la temporisation est comprise entre environ 2 et 200 millisecondes.
  6. Procédé de commande selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la temporisation est déterminée en fonction du déplacement angulaire de l'arbre du moteur électrique.
  7. Dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile, comprenant des moyens de commutation (24 ; 44) raccordés à la batterie d'alimentation du véhicule, des moyens de détection de la position d'un pignon mobile (39) d'entraínement d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule et une unité de commande (30 ; 41) apte à piloter l'alimentation du moteur électrique selon une première phase d'alimentation du moteur en énergie électrique avec une puissance réduite au cours de laquelle le pignon (39) du démarreur est déplacé d'une position de repos vers une position active dans laquelle il coopère avec la couronne d'entraínement et une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance accrue lorsque le pignon se situe dans la position active, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (36 ; 48) de mesure de la vitesse de rotation du moteur du démarreur associés à l'unité de commande (30 ; 41) pour piloter l'alimentation du moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation de ce dernier, au moins au cours de la première phase d'alimentation.
  8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont constitués par un onduleur (24) dont les cellules de commutation (26-1,...,26-n, 28-1,..., 28-n)sont alimentées par des signaux de commande délivrés par l'unité de commande (30) dont la fréquence est modulée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique.
  9. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont constitués par un commutateur (44) raccordé en série entre la batterie d'alimentation du véhicule et le moteur électrique, et en ce qu'il comporte en outre des moyens (41) de comparaison de la vitesse de rotation du moteur avec une valeur minimale de seuil à partir de laquelle le moteur est alimenté et avec une valeur maximale de seuil à partir de laquelle l'alimentation du moteur est coupée
  10. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 7 et à 9, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par un capteur de mesure(48).
  11. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par des moyens de traitement des courants induits par le rotor du moteur électrique.
  12. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection du pignon, aptes à détecter le positionnement de ce dernier en position active et raccordés à l'unité de commande pour provoquer la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation.
  13. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure (36 ; 48) du déplacement angulaire de l'arbre moteur du démarreur et des moyens (30 ; 41) de comparaison de la valeur mesurée du déplacement angulaire avec une valeur de seuil à partir de laquelle on autorise la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation.
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