FR2769670A1

FR2769670A1 - Circuit et procede de commande d'une machine electrique

Info

Publication number: FR2769670A1
Application number: FR9812674A
Authority: FR
Inventors: Claus Kramer; Wolfgang Seils; Henning Stoecklein; Jan Freitag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-11
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 1999-04-16
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: FR2769670B1; JPH11190266A; ITMI982140A1; US6104157A; IT1302604B1

Abstract

Dispositif et procédé de commande d'une machine électrique, notamment pour la commande d'un démarreur électrique pour lancer un moteur à combustion interne comprenant : - un moyen de commutation pour relier électriquement une source de tension et le démarreur électrique,- le démarreur électrique étant couplé par l'actionnement du moyen de commutation par une démultiplication susceptible d'être engrenée à l'entraînement du vilebrequin du moteur à combustion interne. Un appareil de commande électronique dans la liaison entre la source de tension (4) et le démarreur électrique, appareil par lequel se commande la tension et/ ou le courant et/ ou la durée de branchement du démarreur électrique.

Description

I La présente invention concerne un circuit et un procédé de commande

d'une machine électrique, notamment pour la commande d'un démarreur électrique pour lancer un moteur à combustion interne comprenant:S - un moyen de commutation pour relier électriquement une source de tension et le démarreur électrique, - le démarreur électrique étant couplé par l'actionnement du moyen de commutation par une démultiplication susceptible d'être engrenée à l'entraînement du vilebrequin du moteur à

combustion interne.

Etat de la technique Il est connu de démarrer les moteurs à combustion

interne de véhicules automobiles par un dispositif de démar-

rage car ils ne démarrent pas automatiquement. Pour cela, on

prévoit usuellement des moteurs de démarreur électriques re-

liés à une source de tension par un relais d'engagement en forme de relais de démarreur. En même temps, pour réaliser une liaison de coopération, un pignon du moteur de démarreur

est mis en prise avec la couronne dentée qui équipe usuelle-

ment le volant d'inertie du moteur à combustion interne. Di-

rectement après que le moteur à combustion interne soit en route, il faut dégager le moteur du démarreur pour éviter son

usure rapide et des bruits importants.

L'établissement de la liaison de coopération,

c'est-à-dire l'engrènement du pignon de démarreur pratique-

ment à la vitesse de rotation nominale et l'alimentation du

moteur de démarreur avec la tension nominale entraînent un à-

coup de couple relativement intense et produit à la longue une usure importante de la couronne dentée et du moteur de démarreur. En particulier, les démarreurs connus de véhicules utilitaires ne permettent de respecter que difficilement les exigences plus strictes liées aux opérations de démarrages en moyenne plus fréquentes pour une circulation sur des trajets

en moyenne plus courts.

Dans les installations de démarrage d'autobus à

moteur à combustion interne installées à l'arrière, le con-

ducteur ne pouvant pas se rendre compte à l'oreille, et sans équivoque, l'opération de démarrage, il est indispensable de

prévoir des moyens assurant une protection efficace du démar-

reur et de la couronne dentée. Pour cela, on utilise usuelle- ment des relais de démarreur électronique qui protègent par de multiples moyens, l'endommagement de l'installation de dé-5 marrage. Une fois le démarrage réussi pour le moteur à com- bustion interne, il faut veiller à réaliser une coupure sans retard du démarreur. De plus, le relais de démarrage électro- nique évite que l'on ne démarre un moteur à combustion in- terne qui tourne déjà ou qui est en phase de fin de course.10 Dans le cas d'un moteur à combustion interne qui termine sa course ou d'un démarrage raté, on déclenche usuellement en

outre un circuit de temps qui interdit toute nouvelle tenta-

tive de démarrage précoce.

De tels relais de démarreur, connus, peuvent cer-

tes éviter des endommagements résultants de mauvaises manoeu-

vres du conducteur mais ne permettent pas d'assurer une usure

plus faible en cas d'actionnement fréquent et/ou par un fonc-

tionnement à long terme. Pour avoir globalement une durée de

vie plus élevée ou pour satisfaire aux exigences d'un action-

nement à fréquence supérieure à la moyenne, les dispositifs

de démarrage connus ont un démarreur électrique surdimension-

né et/ou une coopération avec le moteur à combustion interne incontournable. Or, cela augmente les coûts de fabrication

ainsi que le poids du véhicule.

Avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un

dispositif et un procédé du type défini ci-dessus.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que un appareil de commande électronique 3(0 dans la liaison entre la source de tension et le démarreur électrique, appareil par lequel se commande la tension et/ou

le courant et/ou la durée de branchement du démarreur élec-

trique. L'invention concerne également un procédé du type

défini ci-dessus caractérisé en ce que un appareil de com-

mande électronique placé entre la source de tension et le dé-

marreur électrique pour commander par niveau un courant et/ou

une tension et/ou une durée de branchement du démarreur élec-

trique selon deux niveaux. Le dispositif et le procédé selon l'invention ont l'avantage de réduire fortement les contraintes appliquées à un moteur de démarreur d'un moteur à combustion interne par un pré-engrènement en douceur, à faible vitesse de rotation

et couple moteur réduit et ainsi de diminuer l'usure du mo- teur de démarreur et celle des roues dentées engrenant avec le pignon dans la ligne de transmission du moteur à combus-10 tion interne.

Par une commande appropriée d'un appareil de com- mande entre la source de tension et le démarreur électrique, on peut réaliser de manière avantageuse une commande à deux niveaux du démarreur électrique et ainsi l'opération de dé-15 marrage du moteur à combustion interne. Pour cela, on prévoit avantageusement un appareil de commande électronique entre la source de tension et le démarreur électrique permettant la

commande d'une tension et/ou d'un courant alimentant le dé-

marreur électrique. Par la commande électronique à deux ni-

2() veaux de l'opération de démarrage, on peut commander

l'opération d'engrènement du démarreur pour réduire de ma-

nière significative l'usure au pré-engrènement et lors de

l'engrènement complet consécutif du pignon du démarreur.

Selon un premier niveau, le moteur du démarreur fonctionne à un couple faible et le pignon à faible vitesse pour se rapprocher de la couronne dentée prévue de préférence sur le volant d'inertie du moteur à combustion interne. La faible vitesse de rotation du moteur du démarreur facilite la recherche d'un intervalle de dent et l'avance lente du pignon

( diminue l'usure lorsque le pignon rencontre la couronne den-

tée. Dans la seconde étape, on applique la tension nominale au relais d'engagement pour que le pignon puisse pénétrer complètement dans la couronne dentée. Ce n'est qu'alors, que

le pont principal se ferme et que le démarreur tourne au cou-

ple de rotation maximum. On évite ainsi tout frottement des

dents du démarreur.

Selon un mode de réalisation préférentiel,

l'appareil de commande électronique comporte un relais élec-

tronique intégré, une unité centrale (CPU) permettant avec de faibles adaptations de programmation, de commander de manière optimale un grand nombre de démarreurs différents. De préfé- rence, l'appareil de commande électronique comporte au moins5 deux commutateurs électroniques de puissance par exemple sous

la forme de transistors de puissance ou de transistors MOS-

FET de puissance qui tiennent à des puissances élevées aux

faibles tensions de commande et courant de commande des uni-

tés CPU. Par un montage en relais d'au moins deux commuta-

teurs de puissance électroniques on peut en outre réaliser une redondance qui évite d'endommager le démarreur électrique et le risque d'un démarrage accidentel en cas de mauvais fonctionnement. Il est en outre avantageux qu'au moins les deux I5 commutateurs électroniques de puissance comportent chaque fois une pompe d'alimentation pour leur commande et qu'ils

disposent d'une électronique de protection assurant la pro-

tection contre les surtempératures et/ou l'irréversibilité des polarités. De plus, chaque commutateur de puissance,

électronique peut comporter une sortie de diagnostic permet-

tant une surveillance sans faille de l'état de commutation actuel et ainsi de commander correctement le déroulement des opérations de démarrage en deux étapes à l'aide de l'unité CPU. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le relais électronique intégré (IER) comporte des fonctions de contrôle

et des entrées supplémentaires permettant par exemple de sur-

veiller la tension d'alimentation, l'élévation de température

dans le moteur du démarreur et/ou d'éventuels états de sur-

charge des commutateurs électroniques de puissance.

Le moyen de commutation pour actionner le démar-

reur électrique peut être par exemple le démarreur actionné manuellement par le conducteur ou un commutateur de démarrage à commande électronique qui est commandé avantageusement par

l'électronique du moteur.

Ainsi, lorsque le moteur à combustion interne a démarré, l'opération de démarrage se termine automatiquement

ce qui permet une durée de branchement aussi réduite que pos-

sible et ainsi une réduction maximum des charges appliquées

au moteur de démarreur.

Il est en outre particulièrement avantageux que pour la commande de démarreur à deux niveaux, telle que dé-

crite, l'opération de démarrage soit exécutée par des comman- des purement électroniques. Le commutateur électrique utilisé peut être réalisé ainsi d'une manière très classique et ne nécessite pas d'autres fonctions électroniques et/ou des com- posants mécaniques. Il est en outre avantageux que le volet10 de démarrage soit commandé de manière cadencée dans la phase

de maintien qui suit la phase de pré-engrènement car cela ré-

duit les contraintes thermiques. Le commutateur de puissance électronique permet d'équiper des transistors MOS-FET de puissance avec des commandes, leur électronique de protection 1J et la fonction de diagnostic aboutissant à des éléments de construction très puissants et compacts. Par des moyens plus importants en circuit, on peut également avoir des ensembles

discrets équipés de MOS-FET ou d'autres transistors.

Le circuit selon l'invention offre l'avantage d'une redondance qui interdit un démarrage non voulu en cas même de claquage du commutateur de puissance, ce qui évite une situation critique sur le plan de la sécurité. De façon avantageuse, on peut prévoir des fonctions supplémentaires telles que la surveillance de la température du démarreur à l'aide d'un capteur de température, une limitation du temps

de démarrage ainsi qu'un test de fin de niveau et/ou un cir-

cuit de détection d'un circuit aveugle. En cas d'un circuit

aveugle (ou collage), le pignon du démarreur reste par exem-

ple à cause de l'encrassage dans un premier niveau et ne s'engrène pas totalement. La tentative de démarrage doit

alors être interrompue car les contraintes thermiques appli-

quées au relais de démarrage pourraient devenir trop impor-

tantes. Selon un développement avantageux, le premier commutateur électronique de puissance possède une sortie de détection fournissant un signal de sortie proportionnel à l'intensité. Lorsqu'on ferme le pont principal du relais de démarreur, il faut que le courant revienne par la résistance

intermédiaire ce que cette sortie de détection peut facile-

ment reconnaître. Si cette prise de courant ne peut être prouvée ou être détectée par l'unité CPU à la fin de la durée de surveillance (par exemple 200 msec), on estime qu'il y a collage et on arrête le démarrage. Si l'étage de puissance, supérieur claque, on mesure la tension sur cette borne même

si l'étage de puissance devait être coupé. Le démarreur tour-

nerait dans ce cas mais ne pourrait pas engrener. Au lieu

d'un circuit CPU intégré, on peut également utiliser une com-

mande de déroulement discrète ce qui signifierait des moyens de construction relativement importants y compris les fonc-

tions supplémentaires avantageuses. La commande de démarreur à deux niveaux selon

l'invention offre en outre l'avantage d'une réduction signi-

ficative du bruit grâce au pré-entraînement en douceur. Cela permet également d'augmenter la durée de vie de la couronne

dentée. Le démarreur sera plus léger car la contrainte ther- mique sera globalement plus faible. L'augmentation de la du- rée de vie résulte également d'une protection garantie contre20 la surchauffe par une surveillance en température et une li-

mitation du temps de démarrage.

Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * les deux commutateurs électroniques de puissance ont chacun

une sortie de diagnostic.

* le premier commutateur électronique de puissance comporte

une sortie de détection qui peut fournir un signal de sor-

tie proportionnel à un courant traversant le commutateur

électronique de puissance.

* le relais comporte au moins deux branchements pour une ali-

mentation en tension par la batterie de démarrage au moins une entrée de commande ainsi qu'au moins deux sorties de commande. * un premier commutateur électronique de puissance est couplé à la première sortie de commande et un second commutateur électronique de puissance est couplé à la seconde sortie de commande. * lorsque le premier commutateur électronique de puissance

est passant, la première sortie de commande reçoit une ten-

sion. * lorsque le second commutateur de puissance est passant, la seconde sortie de commande reçoit une tension. * le premier commutateur électronique de puissance est couplé

par une résistance à une borne principale du moteur de dé-

marrage et peut alimenter le moteur de démarreur avec une

intensité de courant plus faible que son courant nominal.

* le second commutateur électronique de puissance applique

une tension à un enroulement d'un relais de démarreur.

* le moyen de commutation est le contact de démarreur à com-

mande manuelle.

* le moyen de commutation est un contact de démarreur à com-

mande électronique.

* le commutateur de démarreur est commandé par une électroni-

que de moteur.

* un courant de commande est influencé par la commande de

temps du démarreur électrique.

* la commande de temps peut influencer un courant de commande

en fonction de la durée d'actionnement du démarreur élec-

trique. * un appareil de commande électronique placé entre la source de tension et le démarreur électrique pour commander par niveau un courant et/ou une tension et/ou une durée de

branchement du démarreur électrique selon deux niveaux.

* selon le premier niveau, on engrène le pignon de démarreur et selon le second niveau, on fait tourner au maximum le

moteur de démarreur.

* le relais IER lorsque le contact de démarreur est actionné, sollicite tout d'abord le démarreur électrique avec une

tension inférieure à la tension nominale du démarreur élec-

trique jusqu'à ce que le pignon du démarreur soit engrené.

* pendant l'opération d'engrènement du démarreur électrique, il fonctionne avec un faible couple et ce n'est qu'une fois l'engrènement réalisé, que le démarreur électrique tourne

le moteur à combustion interne avec son couple nominal.

* la commande de temps influence les tensions en fonction de

la durée d'actionnement du démarreur électrique.

* on réduit la durée de démarrage maximale possible en fonc-

tion de la température mesurée sur le démarreur électrique.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de différents exemples de réalisation représentés

schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'une commande de dé-

1o marreur à deux niveaux, - la figure 2 montre trois diagrammes qualitatifs donnant les relations entre le temps de démarrage et la tension ou les intensités,

-la figure 3 montre un schéma par blocs explicitant une opé-

ration du procédé, -la figure 4 est un exemple de réalisation d'une commande de

démarreur à deux niveaux.

Description des exemples de réalisation

La figure 1 montre un schéma de principe d'un ) dispositif pour la commande à deux niveaux d'un démarreur

électrique d'un moteur à combustion interne de véhicule auto-

mobile. Le dispositif comprend une source d'énergie électri-

que, telle qu'une batterie de démarreur 4 avec un pôle

positif 5 et un pôle négatif 6 ainsi qu'un moteur de démar-

rage électrique 8 et les liaisons électriques nécessaires

ainsi que d'autres pièces non décrites ci-dessus mais éven-

tuellement nécessaires.

Le moteur de démarreur 8 est représenté dans un but de simplification et pour permettre une meilleure vue d'ensemble, avec les composants nécessaires pour l'engrènement sans denture dans la ligne de transmission du véhicule automobile, uniquement sous la forme d'un symbole; en effet, par rapport aux systèmes connus, il n'y a pas de variante. Bien plus, le dispositif selon l'invention doit pouvoir s'appliquer à la commande de moteurs de démarreur

connus, sans que ceux-ci ne nécessitent pour cela aucune mo-

dification. La figure 1 montre en outre un appareil de com-

mande centrale appelé ci-après IER (relais électronique inté-

gré) 2. Le relais IER 2 comporte plusieurs entrées à sa- voir, un branchement pour l'alimentation en tension à partir de la batterie de démarreur 4 et plusieurs sorties comman- dées. L'alimentation en tension à la tension nominale

(usuellement 12-24 V) à partir de la batterie de démarreur 4 se fait par une borne 30. Cette borne est reliée par une li-

gne au pâle positif 5 de la batterie 4. Une borne 31 est re-10 liée par une ligne à la masse 12 ou au pôle négatif 6 de la batterie de démarreur 4. Comme autre entrée, on a une borne e qui est reliée par-un interrupteur de démarreur 24 à la source de tension 4. On peut également envisager une commande par relais avec un interrupteur plus éloigné qui agit sur une15 bobine de relais assurant la commutation du commutateur de démarreur 24. On peut également envisager une réalisation avec un déclenchement électronique du démarreur par exemple par un signal fourni par le circuit électronique du moteur. Le relais IER 2 comporte en outre une sortie de

commande comme borne 45r. Cette borne est reliée par une li-

gne à une résistance intermédiaire 34 allant à la borne prin-

cipale du moteur de démarreur 8. La borne principale sera appelée ciaprès borne 45. Une seconde sortie de commande

d'une bobine 50f représente une liaison avec le relais de dé-

marreur 36 par la ligne de branchement. Ce relais de démar-

reur 36 comporte une bobine de relais 38 commandant un interrupteur appelé par la suite pont principal 37. La borne f du relais IER 2 est reliée à un branchement de la bobine à relais 38 et l'autre branchement est relié par une ligne à la masse 12 du véhicule, ligne reliée au pâle négatif de la

batterie de démarreur 4.

Le schéma de la figure 1 permet de décrire briè-

vement ci-après l'opération de démarrage à deux niveaux. On suppose que l'allumage est branché car les liaisons entre la borne 30 du relais IER 2 et le pôle positif 5 de la batterie de démarreur 4 de même qu'entre la borne 31 et la masse 12 et ainsi vers le pôle négatif 6 de la batterie de démarreur 4,

existe déjà. Lorsque le conducteur actionne le contact de dé-

marreur 24, la borne 50e reçoit toute la tension nominale de la batterie de démarreur 4. Cette tension U50e peut être traitée par le relais IER 2 pour être appliqué avec un faible retard tout d'abord à la borne 45r qui est à une tension de5 sortie U45r; cette tension correspond à l'amplitude de la tension nominale de la batterie de démarreur 4 et permet un démarrage en douceur au premier niveau pour le moteur 8 ou du démarreur. La borne 45 du moteur de démarreur 8 ne reçoit pas toute la tension nominale de la batterie de démarreur 4 car du fait de la résistance intermédiaire 34 dans la ligne reliant la borne 45r à la borne 45, une partie de la tension nominale du réseau embarqué dans le véhicule disparaît. Le

moteur de démarreur 8 commence tout d'abord à tourner lente-

ment. Après un temps nécessaire à vaincre l'inertie du moteur

de démarreur 8, la borne 50f du relais IER 2 reçoit une ten-

sion de commande U50f qui alimente la bobine de relais 38 du

relais 36 pour assurer le pré-engrènement du pignon de démar-

reur et sert à fermer le pont principal 37. Dès que le pont

principal 37 du relais 36 est branché, on a une liaison élec-

trique directe du pôle positif 5 de la batterie de démarreur 4 vers la borne 45 du moteur de démarreur 8. Le branchement à la masse 10 du moteur de démarreur 8 est toujours relié à la masse 12 de sorte que lorsque le pont principal 37 du moteur de démarrage 8 est fermé, le moteur reçoit toute la tension nominale du réseau embarqué et tourne ainsi avec une vitesse

de rotation plus élevée au cours d'une seconde étape du fonc-

tionnement du moteur à combustion interne. Cette situation

reste établie jusqu'à ce que le moteur démarre automatique-

ment.

La figure 2 montre par trois diagrammes superpo-

sés, l'évolution de principe et qualitative des tensions et des intensités sur les bornes 50e, 50f et 45r du relais IER 2 en fonction du temps de démarrage TStart (t = 0...t5). Les

axes horizontaux des trois diagrammes correspondent au temps.

L'axe vertical du diagramme du haut représente la tension Uso0e; l'axe vertical du diagramme intermédiaire représente

la tension U45r. L'axe vertical du diagramme inférieur repré-

sente l'intensité i50f traversant l'enroulement du relais de démarreur 38. La borne 30 est reliée électriquement au pâle positif 5 et la borne 31 à la masse 12 ou au pâle négatif 6 de la batterie de démarreur 4. Le temps de démarrage 0-t5 peut se subdiviser en plusieurs phases qui seront décrites

ci-après à l'aide des diagrammes de la figure 2.

Lorsque le conducteur actionne l'interrupteur de démarreur 24, la borne 50e reçoit la tension U50e; cette tension Us0e correspond à la tension du réseau, fourni par la10 batterie de démarreur 4; elle peut également être inférieure à cette tension. Comme le montre le diagramme du haut de la figure 2, la tension- U50e reste maintenue à partir de

l'instant 0 pendant toute la durée de l'opération de démar-

rage, c'est-à-dire jusqu'à l'instant t5 à un niveau constant.

Ji Par une commande de temps, on branche de manière temporisée, la tension U45r à la borne 45r, avec un intervalle

d'initialisation Tinit préréglable. La tension U45r corres-

pond normalement en amplitude à la tension U30. La commande

des sorties à la borne 45r et à la borne 50f se fait succes-

sivement; l'intervalle de temps tInit sert en premier lieu à éviter des pointes de tension incontrôlables liées à

l'opération de branchement.

Pendant l'intervalle compris entre l'instant to et l'instant t1, le réseau embarqué n'est pratiquement chargé

2 que par la résistance 34. La résistance intermédiaire 34 dé-

finit ainsi l'intensité du courant dans la batterie. La ten-

sion appliquée à la borne 45 et réduite par la résistance intermédiaire 34 par rapport à la tension U45r appliquée à la borne 45r, fait que le moteur de démarreur 8 génère un couple

et l'induit commence à tourner. La vitesse de rotation fai-

ble, résultant du branchement de la résistance intermédiaire 34 facilite le futur engrènement complet. Du fait du moment d'inertie de l'induit, le pré-engrènement proprement dit se fait toutefois d'une manière retardée à savoir à l'instant t1. Pour arracher l'induit du relais du moteur de démarreur 8, on applique la tension de la batterie par un commutateur électronique dans le relais IER 2 à la borne 50f. Le courant qui passe ainsi dépend du relais de démarreur 36 et de la

tension de la batterie de démarrage 4. La durée comprise en-

tre l'instant to et t1, c'est-à-dire l'intervalle compris en- tre le début du mouvement de rotation de l'induit du moteur de démarreur 8 et le pré-engrènement dépend de la valeur de la résistance intermédiaire 34; la valeur de celle-ci dépend de la vitesse de rotation la plus avantageuse pour un certain moteur de démarreur 8. A partir de l'instant t2, le courant (courant de pré-engrènement) à la borne 50f est réduit à une valeur moyenne ivsp par la commande en cadence; cela apparaît dans

le diagramme inférieur de la figure 2. La composante de cou-

rant alternative combinée est à choisir avantageusement pour que la force magnétique résultante ne crée pas d'effet gênant

sur le déroulement de l'induit. Cela est considéré comme sa-

tisfait si la durée de la période de la cadence du courant

représente au plus un cinquième de la constante de temps mé-

canique de l'induit (> 10 ms). L'amplitude de courant Ivsp et la durée comprise entre les instants t2 et t3 dépendent de la dimension choisie pour le moteur de démarreur 8. On suppose que le pignon de démarreur à l'instant t3 soit appliqué dans tous les cas à la couronne d'induit et que le ressort

d'engrènement (prévu le cas échéant) est alors déjà légère-

ment précontraint.

A la fin de cette phase de pré-engrènement

(intervalle compris entre les instants t2 et t3) on a la com-

mande d'engrènement t3-t4 par la durée jusqu'à laquelle la

borne 50f reçoit la tension nominale de la borne 30, c'est-à-

dire U50f. La tension US0f appliquée à la borne 50f assure la commutation du relais 36 et ainsi l'application de la tension

de batterie complète à la borne 45 du moteur de démarreur 8.

Le ressort d'engagement, précontraint de manière caractéris-

tique jusqu'à la fin de la phase de pré-engrènement dans le démarreur se détend alors complètement et le pont principal 37 se ferme. Lorsque le pont principal 37 est fermé dans le 3 relais 36, le courant I45r doit diminuer. Si cela n'est pas le cas pendant la durée de la phase d'engrènement (entre les

instants t3 et t4), cela signifie qu'il y a un circuit aveu-

gle et le démarrage est interrompu par une logique du circuit

IER 2. Après la fermeture du pont principal 37, c'est-à- dire à partir de l'instant t4, le relais 36 continu à rece-

voir un courant de maintien I50fNenn. Le moteur de démarreur 8 tourne alors en fournissant le couple maximum. La borne 50e reste reliée à la borne 50f. Toutefois, l'établissement du courant de maintien sur la valeur moyenne I50fNenn se fait par cadencement pour diminuer la charge thermique de10 l'enroulement du moteur de démarreur. Cela apparaît dans la forme en dent de scie I50fNenn dans la partie inférieure de

la figure 2.

Les différents intervalles de temps (tn...tn+1;

n=0...4) peuvent être réglés indépendamment les uns des au-

tres et peuvent prendre un nombre quelconque de valeurs posi-

tives. Pendant l'intervalle de temps compris entre to et tl,

le réseau embarqué est chargé principalement par la résis-

tance intermédiaire 34 pour tourner le pignon du moteur de démarrage 8. La valeur de résistance intermédiaire 34 définit

ainsi le courant fourni par la batterie. En utilisant une me-

sure de la tension de batterie non chargée avant le démar-

rage, c'est-à-dire pendant la période d'initialisation tinit,

on peut déterminer la résistance du réseau embarqué. La me- sure de la tension de batterie sur la borne 30 au cours de la suite du

démarrage (à partir de l'instant t4), donne alors une valeur de l'intensité principale du démarreur. Celle-ci peut servir de mesure pour la charge de température interne

du moteur de démarreur 8. Un modèle de réchauffement, c'est-

* à-dire représentant la relation entre le passage du courant et la durée de passage de ce courant dans le moteur 8 permet

de réaliser une surveillance en température du démarreur.

La figure 3 montre par un schéma par blocs les

opérations qui se produisent pendant le démarrage dans le re-

lais électronique intégré IER 2. Les mêmes pièces ou éléments que dans les figures précédentes portent les mêmes références

et leur description de sera pas répétée. Initialement, la

borne 50e reçoit la tension U50e pour démarrer une commande de temps 52 qui après la période d'initialisation Tinit, à partir de l'instant tO assure l'alimentation au démarrage à

deux niveaux. La commande d'engrènement 64 assure les opéra- tions correspondantes. Dans la suite, on utilisera pour le terme utilisé de manière générale d'un transistor de puis-5 sance électronique, l'expression plus usuelle d'étage de sor-

tie. L'étage de puissance signifie de manière générale toute

forme de commutateurs électroniques de puissance.

Une flèche partant de la commande d'engrènement 64 rejoint le premier étage d'entrée 56. Cet étage devient passant à partir de l'instant t1 et assure l'application de la tension U45r à la borne 45r. On applique ainsi la tension de batterie UBat de la batterie de démarreur 4 de la borne 30 à borne 45r. La commande d'engrènement 64 assure également la commande en cadence de l'amplitude de courant IvsP pendant l'intervalle de temps compris entre les instants t2 et t3 par

une commande appropriée d'un second étage de puissance 58.

A l'instant t3, la commande d'engrènement assure le blocage du second étage de puissance 58 en appliquant la tension de batterie UBat = U50f à la borne 50f. La tension U50f appliquée, assure le pré-engrènement du pignon et la commutation du relais 36; la tension de batterie, complexe UBat est ainsi appliquée à la borne 45 du moteur de démarreur 8. Celui- ci engrène ainsi complètement et tourne à la vitesse de rotation nominale. Lorsque le pont principal 37 est fermé dans le relais 36, le courant I45r doit diminuer ce qui se

mesure à l'aide du circuit de collage 62 (ou circuit aveu-

gle). Le premier étage de puissance 56 possède une sortie de

détection 57 fournissant un signal de sortie Isense propor-

tionnel au courant. Si cette prise de courant à la fin d'un temps de surveillance déterminé, par exemple après

millisecondes n'est pas prouvé par le circuit de recon-

naissance de branchement collé, on estime qu'il y a un bran-

chement collé (circuit aveugle) et un signal de coupure 70

est émis vers un capteur de signal 54.

Il existe un circuit aveugle si le pignon de dé-

marreur reste dans sa première position par exemple par suite de l'encrassage et ne commute le courant principal. Un tel

cas doit pouvoir être reconnu par le conducteur ou par le re-

lais IER 2 et doit interrompre la tentative de démarrage.

Comme par ailleurs, la charge thermique des relais d'engrènement pourrait devenir trop importante. Le capteur de signal 54 assure la coupure du démarrage et ouvre le premier5 étage de puissance 56 ainsi que le second étage de puissance 58. Selon une réalisation simplifiée sans sortie de détection 57, le premier étage de puissance 56 est en général

coupé à la fin du temps de surveillance (par exemple 200 ms).10 A l'intérieur de cet intervalle, il faut brancher le pont principal 37. Dans ce cas, la borne 45r travaille avec la ré-

sistance 34 comme entrée pour alimenter le second étage de puissance 58. Ce second étage de puissance ou étage de puis- sance 58 commande alors la sortie 50f de la manière décrite15 la plus large. En cas de circuit collé (circuit aveugle), le pont principal 37 n'est par fermé et l'alimentation du second étage de puissance 58 n'est pas assurée. La sortie 50f reste ainsi coupée de la tension et toute tentative de démarrage

reste elle-même interrompue.

Si le premier étage de puissance 56 est claqué (en court-circuit), on mesurera une tension U45r sur la borne r même à l'état bloqué. Dans ce cas, le moteur de démarreur 8 tournerait mais ne pourrait pas préengrener, ce qui ne constitue pas un défaut significatif pour la sécurité. Si le

second étage de puissance 58 est claqué (courant en court-

circuit), lorsqu'on branche le premier étage de puissance 56

même lorsque le second étage de puissance 58 n'est pas déblo-

qué, on pourra mesurer une tension U50f sur la borne 50f. Le

premier étage de puissance 56 est dans ce cas coupé immédia-

tement avant que le démarreur ne puisse pré-engrener. Dans les deux cas, il n'y aura pas de démarrage et le conducteur sera qu'il y a un défaut. Le montage en série des deux étages

de sortie 56, 58 assurent une redondance qui en cas de cla-

quage de l'un des deux commutateurs de puissance fonctionnant

comme des étages de sortie 56, 58 interdit un démarrage acci-

dentel et ainsi une situation critique en sécurité.

En outre, chaque étage de puissance 56, 58 est relié par une ligne à une protection de surcharge 66; en cas de surcharge de l'étage de puissance 56 et/ou l'étage de puissance 58, un signal de coupure 70 est fourni au capteur de signal 54 pour que celui-ci puisse de nouveau couper le démarreur. De plus, il est prévu un test d'étage de puissance

z 60 qui peut également fournir un signal de coupure 70 au cap-

teur de signal 54.

Le circuit est complété par un capteur de tempé-

rature 68 dont une sortie 69 est reliée au capteur de signal

54 et peut également fournir ainsi un signal de coupure 70.

En mesurant la tension de batterie UBat à l'état non chargé, avant le démarrage on peut déterminer la résistance du réseau embarqué. La mesure de la tension de batterie UBat sur la borne 30 au cours de la suite de l'opération de démarrage

fournit alors une valeur du courant principal dans le démar-

reur. Ce courant peut servir de mesure de la charge en tempé-

rature interne du démarreur. Un modèle de réchauffage du mécanisme du démarreur permet de réaliser une surveillance de température sans capteur de température dans ou au niveau du démarreur. Le capteur de signal 54 comporte également une liaison avec la commande de temps 52 qui fournit un signal de

coupure 70 au cas o l'opération de démarrage dure trop long-

temps. La figure 4 montre un exemple de réalisation du relais IER 2 avec les circuits périphériques nécessaires au fonctionnement de l'invention. Les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références et leur

description ne sera pas répétée. Le relais IER 2 comporte une

unité de calcul centrale appelée par la suite CPU 72. Cette

unité CPU 72 reçoit les signaux de l'ensemble des périphéri-

3() ques comme cela a déjà été décrit à la figure 3 et commande en fonction de ces signaux, les étages de sortie 56, 58. Pour

mieux comprendre le fonctionnement, toutes les lignes de com-

mande sont représentées sous la forme de lignes légèrement accentuées. Les entrées et les sorties des étages de sortie 56, 58 recevant un courant intense, c'est-à-dire dont les liaisons électriques avec le relais d'engrènement 36 ou le

moteur de démarreur 8 sont représentées par des traits accen-

tués. Le relais IER 2 peut comporter comme commutateur

de puissance des étages de sortie 56, 58 en technique de com-

mutation de puissance côté haut. Ces composants comportent un transistor de puissance MOS-FET avec commande (pompe de charge), une électronique de protection (température, erreur de polarisation) et des fonctions de diagnostic (sortie d'état et capteur de courant). On peut également envisager une construction discrète avec des transistors MOS-FET ainsi que d'autres transistors mais cela nécessite des moyens plus importants. La commande dans le relais IER 2 est assurée par un microcontrôleur avec des mémoires ROM et RAM internes, un

chien de surveillance et un convertisseur analogi-

que/numérique A/D. Il est également possible d'avoir une com-

mande à déroulement discret pour la seule opération de démarrage. Les fonctions supplémentaires de surveillance n'ont pu être intégrées qu'avec la mise en oeuvre de moyens importants.

La description faite ci-après concerne le détail

de l'exemple de circuit CPU 72 permettant un fonctionnement

parfait et insensible au dérangement dans un véhicule automo-

bile. Pour cela, il faut tout d'abord stocker la tension d'alimentation fournie par la batterie de démarreur 4 pour éliminer tout fonctionnement d'erreur de l'unité CPU 72 en cas de variation de tension. Pour cette raison, il n'y a pas de liaison directe entre la borne 30 et l'unité CPU 72 mais

la liaison se fait avec l'interposition d'un circuit de pro-

tection 84. Ce circuit de protection 84 possède une liaison avec la borne 30 du relais IER 2 et une sortie 79 stabilisée

et tamponnée. Cette sortie alimente l'unité CPU avec une ten-

sion continue constante débarrassée des composantes alterna-

tives combinées. En même temps, le circuit de protection 84

peut assurer une protection EMV, c'est-à-dire une compatibi-

lité électromagnétique ou le cas échéant une protection con-

tre les rayonnements parasites à haute fréquence.

Il apparaît en outre une liaison entre le circuit de protection 84 et un régulateur de tension 76 alimenté avec

une tension de 24 volts stabilisée par le circuit de protec-

tion 84 et qui peut fournir à l'unité CPU 72, des tensions plus faibles (tensions d'alimentation 78) comme cela est par exemple nécessaire pour la " restauration " complète de com- posants à mémoire RAM. L'entrée de commande fournissant le signal du contact de démarreur 24 à la borne 50e du relais IER 2 est reliée à une entrée 74 qui en fonction du signal reçu fournit un signal marche 75 à l'unité CPU 72. La figure 4 montre en outre un circuit de diagnostic 88 permettant de surveiller en continu le fonctionnement correct de l'unité CPU 72 et/ou

permettant de fournir des signaux de défaut en cas de fonc-

tionnement d'erreur qualifiée. Le capteur de température 68 déjà décrit, qui en cas de menace de surchauffe du moteur de démarreur 8 et/ou du relais de démarreur 36 fournit un signal de coupure 70 pour couper l'opération de démarrage présente

une liaison directe avec l'unité CPU 72.

En plus de la ligne de commande (tracé par un trait mince) avec le circuit de protection 84, la borne 30 comporte également une liaison (entraînée) avec l'entrée du premier étage de puissance 56; la sortie de cet étage est reliée à la borne 45r ainsi qu'à l'entrée du second étage de

puissance 58. Sa sortie est reliée par une diode de protec-

tion contre l'erreur de polarisation 90 intermédiaire à la borne 50f (tracée en trait fort) et fournit la tension US0f

nécessaire à la commande de la bobine 38 du relais de démar-

rage 36. La diode de protection contre l'erreur de polarisa-

tion 90 est montée en position passante dans la ligne de liaison sur la borne 50f. De plus, on a une liaison (représentée par un trait fort) entre la sortie (n) de la diode de protection 90 et la sortie (n), c'est- à-dire une 3( diode de roue libre 92 dont le sens bloqué est du côté de la masse 12 ou du côté de la borne 31. Cette diode de roue libre

92 assure une protection contre un court-circuit des compo-

sants de courant alternatif dans la tension d'alimentation du véhicule et d'assurer une protection de l'unité CPU 72 contre l'endommagement par les pointes de tension en cas de coupure du relais 38. Les lignes de commande (en trait mince) relient la sortie de la borne 50f à l'unité CPU 72 pour surveiller ainsi l'état actuel de chaque ligne d'entrée et de sortie de

l'unité IER 2. Enfin, il y a des lignes de liaison entre l'unité CPU 72 et les deux étages de puissance 56, 58 pour leur com-

mander la surveillance. A côté des deux entrées pour comman- der le premier et le second étage de puissance 56, 58 il

s'agit de la sortie de capteur 57 du premier étage de puis- sance 56 et une sortie d'état 59 du second étage de puissance 58 si en cas de défaut de fonctionnement, un signal de cou-

pure 70 pour arrêter le démarrage.

Il est également à remarquer que le relais IER 2 comporte au moins deux commutateurs de puissance électroni-

ques 56, 58 qui sont commandés successivement en fonction de paramètres de temps.

Claims

R E V E N D I C A T I ON S

1 ) Circuit de commande d'une machine électrique, notamment pour la commande d'un démarreur électrique pour lancer un mo-

teur à combustion interne comprenant: - un moyen de commutation pour relier électriquement une source de tension et le démarreur électrique, le démarreur électrique étant couplé par l'actionnement du moyen de commutation par une démultiplication susceptible d'être engrenée à l'entraînement du vilebrequin du moteur à combustion interne, caractérisé par un appareil de commande-électronique dans la liaison entre la source de tension (4) et le démarreur électrique, appareil par lequel se commande la tension et/ou le courant et/ou la

durée de branchement du démarreur électrique.

2 ) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que

l'appareil de commande électronique est un relais électroni-

) que intégré (IER 2).

3 ) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que

le relais (IER 2) assure une commande à deux niveaux du dé-

marreur électrique (8).

4 ) Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le relais (IER 2) comporte une unité centrale de commande

) (CPU 72).

) Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le relais (IER 2) comporte au moins deux commutateurs de

puissance électroniques (56, 58) qui sont commandés successi-

vement en fonction de paramètres de temps.

6 ) Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que

les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58) sont branchés en série.

7 ) Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que

les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58) comprennent chacun un transistor de puissance.

8 ) Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58)

comportent chaque fois un transistor de puissance MOS-FET.

9 ) Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58) ont

chacun une pompe de charge pour la commande.

) 10 ) Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58) comportent chacun une électronique de protection pour assurer

la protection contre la surchauffe et/ou une erreur de pola-

risation.

11 ) Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux commutateurs électroniques de puissance (56, 58) ont

chacun une sortie de diagnostic.

12 ) Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que

le premier commutateur électronique de puissance (56) com-

porte une sortie de détection (57) qui peut fournir un signal

de sortie proportionnel à un courant traversant le commuta-

teur électronique de puissance (56).

13 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications

2 à 12, caractérisé en ce que le relais (IER 2) comporte au moins deux branchements (30,5 31) pour une alimentation en tension par la batterie de dé- marrage (4) au moins une entrée de commande (50e) ainsi qu'au

moins deux sorties de commande (45r, 50f).

14 ) Circuit selon la revendication 13, () caractérisé en ce qu' un premier commutateur électronique de puissance (56) est couplé à la première sortie de commande (45r) et un second commutateur électronique de puissance (58) est couplé à la seconde sortie de commande (50f).15 ) Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que lorsque le premier commutateur électronique de puissance (56) est passant, la première sortie de commande (45r) reçoit une

tension (U45r) -

16 ) Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que lorsque le second commutateur de puissance (58) est passant, la seconde sortie de commande (50f) reçoit une tension (U50f) 17 ) Circuit selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier commutateur électronique de puissance (56) est couplé par une résistance (34) à une borne principale (borne ) du moteur de démarrage (8) et peut alimenter le moteur de démarreur (8) avec une intensité de courant plus faible que

son courant nominal.

18 ) Circuit selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second commutateur électronique de puissance (58) applique

une tension (Usof) à un enroulement (38) d'un relais de dé- marreur (36).

19 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le moyen de commutation est le contact de démarreur (24) à commande manuelle.10

) Circuit selon l'une quelconque des revendications

1 à 18, caractérisé en ce que

le moyen de commutation est un contact de démarreur (24) à15 commande électronique.

21 ) Circuit selon la revendication 20, caractérisé en ce que

le commutateur de démarreur (24) est commandé par une élec-

tronique de moteur.

220) Circuit selon la revendication 21, caractérisé en ce qu' un courant de commande (IvsP) est influencé par la commande

de temps (52) du démarreur électrique.

23 ) Circuit selon la revendication 21, caractérisé en ce que

la commande de temps (52) peut influencer un courant de com-

mande (ISOfNenn) en fonction de la durée d'actionnement du

démarreur électrique.

24 ) Procédé de commande d'une machine électrique, notamment

pour la commande d'un démarreur électrique pour lancer un mo-

teur à combustion interne comprenant un moyen de commutation

pour relier électriquement une source de tension et le démar-

reur électrique, le démarreur électrique pouvant être couplé par

l'actionnement du moyen de commutation par une démultiplica-

tion à engrener avec le vilebrequin du moteur à combustion interne, caractérisé par un appareil de commande électronique placé entre la source de

tension (4) et le démarreur électrique pour commander par ni-

veau un courant et/ou une tension et/ou une durée de branche-

ment du démarreur électrique selon deux niveaux.

) Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que selon le premier niveau, on engrène le pignon de démarreur et selon le second niveau, on fait tourner au maximum le moteur

de démarreur.

26 ) Procédé selon la revendication 24, caractérisé par l'appareil de commande électronique en forme de relais IER (2) qui sollicite tout d'abord le démarreur électrique avec une tension inférieure à la tension nominale du démarreur électrique jusqu'à ce que le pignon du démarreur soit engrené

lorsque le contact de démarreur (24) est actionné.

27 ) Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que pendant l'opération d'engrènement du démarreur électrique, il fonctionne avec un faible couple et ce n'est qu'une fois l'engrènement réalisé, que le démarreur électrique tourne le

moteur à combustion interne avec son couple nominal.

28 ) Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la commande de temps (52) influence les tensions en fonction

de la durée d'actionnement du démarreur électrique.

29 ) Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce qu' on réduit la durée de démarrage maximale possible en fonction

de la température mesurée sur le démarreur électrique.