FR2797530A1 - Procede et systeme pour la commande de coupure de demarreur de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour la commande de la coupure automatique du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule automobile, selon lequel on mesure la température (T) du moteur électrique (M) et on commande la coupure du moteur électrique (M) lorsque la température (T) dépasse une valeur-seuil d'échauffement anormal (T1 ), caractérisé en ce que l'on mesure l'intensité du courant (I) dans le moteur (M) au cours d'une phase de démarrage et on détermine la valeur-seuil d'échauffement (T1 ) en fonction de l'intensité (I) mesurée.
Description
La présente invention est relative aux procédés et systèmes pour la commande de la coupure d'un démarreur de véhicule automobile.
On a proposé des systèmes aptes à identifier l'apparition de l'autorotation du moteur thermique et à procéder alors à la coupure du démarreur.
Grâce au traitement de signaux telle que l'intensité absorbée par le démarreur, la tension batterie, les impulsions de positionnement angulaires du vilebrequin destinées aux calculateurs d'injection, ou encore grâce à la tension de sortie d'un capteur de vibration etc., de tels systèmes déterminent facilement à quel moment le moteur thermique est démarré.
On a notamment proposé dans la demande FR 96 07212, de couper l'alimentation du démarreur lorsque la vitesse de rotation du moteur thermique dépasse un seuil de démarrabilité fixé en fonction de la température et d'autant plus bas que la température du moteur thermique est élevée.
On a également proposé, dans la demande FR 96 06 858, d'activer à chaque détection d'un cycle de rotation du moteur une nouvelle période de scrutation pendant laquelle un système de surveillance attend l'apparition du cycle suivant. Faute d'une telle apparition, les moyens de surveillance en déduisent une rotation trop lente du moteur et déclenchent la coupure automatique du démarreur.
Les alterno-démarreurs actuels fonctionnent pendant la phase de démarrage avec des courants élevés. En cas de surcharge anormale appliquée à l'alterno-démarreur, il s'échauffe très rapidement et cet échauffement tend à réduire la vitesse d'entraînement au fur et à mesure que le temps passe, ce qui diminue d'autant les chances de démarrage du moteur thermique.
En dessous d'un certain seuil de vitesse généralement compris entre 60 et 90 tours/minutes, le démarrage du moteur thermique devient impossible. Pour effectuer une nouvelle tentative de démarrage, il est alors important d'attendre un temps de refroidissement qui est d'autant plus grand que l'échauffement du démarrage précédent est grand.
Un échauffement trop élevé donne lieu en outre à des détériorations des bobinages des alterno-démarreurs qui sont d'autant plus fortes que le refroidissement par ventilation est inefficace à faible vitesse. L'électronique de commande subit elle aussi des détériorations dues à l'échauffement du système.
Or, les surcharges anormales sont courantes et peuvent avoir diverses origines.
Si la batterie a un niveau de charge trop faible, l'alterno-démarreur présente un point de fonctionnement très proche du blocage (couple bloqué) d'où un rendement très faible et par suite un échauffement important.
Le moteur thermique peut également présenter un couple anormalement élevé dû par exemple à une température inférieure à la température limite prévue de fonctionnement (resserrement des jeux de fonctionnement piston/cylindre, trop grande viscosité de l'huile, etc.).
Un couple anormalement élevé du moteur thermique peut également être dû à une anomalie de fonctionnement moteur (blocage ou grippage du moteur thermique) ou encore à une utilisation anormale du moteur comme par exemple une traction prolongée du véhicule par l'alterno-démarreur ou une utilisation trop longue de l'alterno-démarreur en cas de panne du moteur thermique.
On a proposé de mesurer la température des bobinages du moteur électrique afin de couper l'alimentation de l'alterno-démarreur si cette température dépasse un seuil d'échauffement donné.
Toutefois, une telle mesure de température ne représente pas fidèlement la capacité ou non de l'alterno-démarreur à démarrer facilement le moteur thermique. En effet, il est possible, même si la température de l'alterno-démarreur est élevée, que le moteur puisse démarrer facilement et sans risque de détérioration du démarreur. C'est le cas notamment si le couple résistant du moteur est particulièrement faible ou si la batterie a un bon état de charge.
Les inventeurs ont pu en outre constater que de grandes inerties thermiques prennent place dans les alterno-démarreurs ayant pour conséquence que certaines zones du bobinage, notamment à l'intérieur des bobines, peuvent se trouver à une température nettement supérieure par rapport à celle mesurée à l'emplacement du capteur thermique. La mesure effectuée par le capteur ne permet donc d'identifier l'apparition d'un échauffement que de manière approximative, en raison de phénomènes de transferts thermiques jusque là non identifiés.
On a également proposé de procéder à une coupure de l'alterno- démarreur lorsque l'intensité consommée par celui-ci atteint un niveau anormal. Là encore, cette mesure ne représente pas fidèlement la capacité ou non du démarreur à démarrer efficacement le moteur thermique.
Le but de l'invention est de résoudre ces différents inconvénients.
Ce but est atteint grâce à un procédé pour la commande de la coupure automatique du moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile, selon lequel on mesure la température du moteur électrique et on commande la coupure du moteur électrique lorsque la température dépasse une valeur-seuil d'échauffement anormal, caractérisé en ce que l'on mesure l'intensité du courant dans le moteur au cours d'une phase de démarrage et on détermine la valeur-seuil d'échauffement en fonction de l'intensité mesurée.
En effet, les inventeurs ont constaté que les propagations de chaleur s'effectuaient de manière différente selon les niveaux d'intensité dans le moteur. En tenant compte de l'intensité du courant dans le moteur, il est possible d'anticiper les retards dus aux inerties thermiques.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 illustre un mode de réalisation possible pour un système conforme à l'invention ; - la figure 2 est un organigramme qui illustre différentes étapes mises en oeuvre lors d'un procédé selon l'invention.
Sur la figure 1, on a référencé par D dans son ensemble un alterno- démarreur monté entre la borne B+ d'une batterie et la masse, qui comporte - une machine électrique M polyphasée synchrone ou asynchrone pouvant fonctionner soit en moteur électrique pour le démarrage du moteur thermique, soit en générateur pour la recharge de la batterie et l'alimentation du réseau électrique du véhicule pendant le fonctionnement du moteur thermique.
- un circuit de puissance 2 qui alimente M. II est essentiellement constitué d'un onduleur qui produit un des courants variables dans chacune des phases de la machine M en fonctionnement comme moteur, de façon à produire un champ magnétique tournant nécessaire à la rotation du moteur. II comprend aussi un système de redressement utilisé lors du fonctionnement de la machine M en générateur.
- un circuit de commande 4 qui pilote le circuit de puissance 2.
Le circuit de commande 4 est activé par la fermeture de la clé de contact K ou par un signal provenant d'un contrôle moteur suite à un ordre de démarrage émis par le conducteur.
Le circuit de puissance 2 est monté entre la borne B+ de la batterie et la masse. En fonctionnement, il est traversé par une intensité I proportionnelle à l'intensité traversant la machine M.
L'intensité absorbée par la machine M est mesurée à l'aide d'un capteur 1 placé entre la borne B+ de la batterie et le circuit de puissance 2, ce capteur 1 étant relié à une entrée e4 du circuit de commande 4. On mesure donc ici une intensité I proportionnelle à celle traversant la machine M.
Un capteur C de position angulaire du rotor de la machine M envoie sur une entrée e1 du circuit de commande 4 un signal qui permet de gérer le circuit de puissance 2 afin que celui-ci injecte des courants aux moments nécessaires dans les différentes phases. Le capteur C permet en outre de mesurer la vitesse de rotation de la machine M. Le circuit de commande 4 comporte une entrée e2 sur laquelle il reçoit un signal émis par un capteur de température 5 disposé sur le moteur électrique M et une troisième entrée e3 sur laquelle il reçoit un signal de sortie d'un capteur de température non représenté et placé sur le moteur thermique du véhicule.
Le capteur 5 peut être placé dans un des bobinages de la machine M ou sur tout autre organe représentant approximativement la température du bobinage.
Lorsque l'interrupteur K est actionné par le conducteur, le circuit de commande 4 compare la température mesurée à cet instant par le capteur 5 à un seuil To de température au-delà duquel le démarrage est inhibé (étape 10 sur la figure 2).
Si la température du moteur électrique M ne présente pas d'emblée un échauffement anormal, le circuit de commande 4 commande alors l'alimentation du moteur M (étape 11).
De manière simultanée à la mise sous tension du moteur M, une phase de temporisation 12 est activée et commence un décompte d'une durée de temporisation prédéterminée pendant laquelle la fonction de coupure automatique est inhibée.
A l'issue de cette période de temporisation, le circuit de commande 4 entre dans une phase pendant laquelle il réalise un suivi de la vitesse de rotation N du moteur M, de sa température T mesurée par le capteur 5 et de l'intensité ! qui le traverse.
Le circuit 4 réalise une première mesure de la température T du moteur électrique M, de la vitesse de rotation N du moteur électrique et de l'intensité I (étape 13).
En fonction d'une température T mesurée précédemment sur le moteur thermique, le circuit de commande 4 calcule une vitesse seuil de rotation Ni du moteur électrique M correspondant à une vitesse de démarrage typique du moteur thermique à cette température T.
Pour calculer cette vitesse seuil Ni, le circuit 4 comporte en mémoire une relation entre la température T' du moteur thermique et sa vitesse typique NI de démarrage. Cette relation est une relation décroissante qui tient compte de la baisse de vitesse de démarrabilité à haute température.
Les valeurs limites N, ainsi paramétrées en fonction de la température du moteur thermique sont stockées dans une mémoire du circuit de commande 4 sous forme d'une table numérique ou d'une fonction mathématique.
Le circuit 4 compare ensuite (étape 14) la vitesse de rotation N du moteur M, mesurée à l'étape 13, au seuil N1 de vitesse.
Le circuit 4 calcule également (étape 15), en fonction de l'intensité I mesurée à l'étape 13, une température seuil Tl à ne pas dépasser à l'emplacement du capteur 5. Le circuit 4 comporte pour cela une mémoire dans laquelle est stockée une table numérique donnant la température-seuil Tl en fonction de l'intensité I dans le moteur. Cette relation entre I et Tl est ici une relation selon laquelle Tl décroît en fonction de I, comme on l'expliquera plus en détail par la suite.
Après calcul de Tl, Le circuit de commande 4 compare la température instantanée T mesurée à l'étape 13 au seuil de température Tl (I).
Si la vitesse de rotation N est inférieure au seuil N1 ou si la température T au capteur 5 est supérieure au seuil Tl, alors le moteur électrique M est immédiatement coupé (étape 21).
Si au contraire, la vitesse de rotation N et la température T sont toutes deux du côté souhaité par rapport à leur seuil respectif, le circuit de commande 4, après vérification que le moteur thermique n'est toujours pas démarré (étape 17), et que la clé de contact est toujours en position démarrage (étape 16), reprend à nouveau le cycle précédemment décrit consistant en - mesure de T, N, I (étape 13) ; - comparaison entre N et Ni (étape 14) ; - calcul de Tl et comparaison entre T et Tl (étape 15).
Selon une variante, Ni peut également être recalculé à chaque cycle, en fonction d'une température T' du moteur thermique actualisée à chaque cycle. On répète ce cycle jusqu'à ce que le circuit de commande 4 diagnostique le démarrage effectif du moteur thermique (étape 17) ou jusqu'à ce que l'un des deux seuils N, ou Tl soit dépassé, synonyme d'un fonctionnement anormal du système de démarrage.
Dans ces deux cas, le circuit de commande 4 déclenche une coupure automatique de l'alimentation du moteur M (étape 18).
Pour éviter un arrêt non justifié suite à une erreur de mesure, on prévoit de ne stopper le démarreur que si le dépassement de seuil est à nouveau vérifié lors du cycle suivant ou lors de plusieurs cycles consécutifs.
La fréquence de ces cycles est suffisamment élevée pour que chaque paramètre soit mesuré plusieurs fois au cours d'une phase de démarrage de durée classique.
Dans le cas où le moteur thermique est démarré, une temporisation de durée t2 (étape 19), prend place à partir de la coupure du démarreur, et à l'issue de laquelle l'alterno-démarreur passe en mode alternateur (étape 20).
Les fonctions de surveillance ne prennent effet qu'après une temporisation t1 démarrant à partir du début de rotation de l'alterno- démarreur dans le but d'éliminer la phase de mise en mouvement du moteur thermique pendant laquelle la vitesse est faible et l'intensité est élevée, de manière normale.
On propose avantageusement d'adopter un seuil limite supérieur de température Tl dépendant de manière décroissante de la valeur de l'intensité I mesurée, car la température T à l'emplacement du capteur 5 évolue avec un retard qui est variable par rapport aux températures des zones les plus chaudes du moteur électrique ; ces zones étant situées habituellement au centre des bobinages.
En tenant compte de l'intensité dans le moteur électrique, on anticipe ce retard variable.
En effet, les inventeurs ont pu constater que lorsque l'intensité I est grande, l'échauffement est particulièrement rapide et les écarts de température sont particulièrement grands entre le capteur 5 et le centre des bobines. Au contraire, dans le cas d'une intensité faible, l'éventuel échauffement du moteur est lent, les écarts de température sont faibles et la température au niveau du capteur 5 représente assez fidèlement celle se trouvant au centre des bobinages.
Un léger échauffement au niveau du capteur 5 signifie un échauffement aigu au centre du moteur M dans le cas d'une forte intensité, et un échauffement moyen du capteur 5 indique un échauffement du même ordre au centre du moteur dans le cas d'une faible intensité.
La coupure automatique se fait donc à partir d'une température d'autant plus basse que l'énergie électrique dans le moteur est forte.
On évite ainsi - les risques de non détection d'échauffement dans le cas des hautes intensités et, - une coupure trop hâtive du moteur par interprétation exagérée d'un échauffement du capteur 5 dans le cas des faibles intensités.
Pour la mesure de l'intensité absorbée par le moteur M, on utilise préférentiellement une valeur moyenne sur une fenêtre glissante pour éliminer les phénomènes de brèves variations d'intensité comme par exemple des à coups de couple dus à des premières explosions erratiques du moteur thermique comme il en apparaît souvent en démarrage à froid sur un moteur usagé ou mal entretenu.
Claims (10)
1. Procédé pour la commande de la coupure automatique du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule automobile, selon lequel on mesure la température (T) du moteur électrique (M) et on commande la coupure du moteur électrique (M) lorsque la température (T) dépasse une valeur-seuil d'échauffement anormal (Ti), caractérisé en ce que l'on mesure l'intensité du courant (I) dans le moteur (M) au cours d'une phase de démarrage et on détermine la valeur-seuil d'échauffement (Ti) en fonction de l'intensité (I) mesurée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure la température (T) plusieurs fois au cours d'une phase de démarrage et on compare chaque valeur de température (T) mesurée à la valeur-seuil (Ti) au cours de cette même phase de démarrage.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur-seuil d'échauffement (Ti) appliqué lors d'une phase de démarrage en fonction d'une intensité mesurée au cours de cette même phase de démarrage.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on mesure plusieurs fois l'intensité (I) au cours d'une même phase de démarrage, et on actualise la valeur-seuil d'échauffement (Ti) après chaque mesure d'intensité (I).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur-seuil d'échauffement (Ti) selon une fonction décroissante de l'intensité mesurée (I).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on prévoit une coupure du moteur (M) seulement après un intervalle de temps prédéterminé après déclenchement par le conducteur de la phase de démarrage.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue une mesure de température (T) et une comparaison à une valeur-seuil d'échauffement (To) au moment du déclenchement d'une phase de démarrage par l'utilisateur, avant l'alimentation du démarreur (D).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on compare en outre la vitesse de rotation (N) du moteur électrique (M) ou du moteur thermique à une vitesse de référence (N1) correspondant à une vitesse d'autorotation du moteur thermique, et en ce que l'on déclenche la coupure du moteur électrique (M) lorsque la vitesse de rotation (N) mesurée n'atteint pas la vitesse de référence (Ni) après un intervalle de temps prédéterminé après déclenchement de la phase de démarrage.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure une température du moteur thermique, qu'on détermine ensuite une vitesse de référence (Ni) d'autorotation du moteur thermique selon une relation décroissante de cette température, et que l'on compare en outre la vitesse de rotation (N) du moteur électrique (M) ou du moteur thermique à cette vitesse de référence ( Ni) et en ce que l'on commande la coupure du moteur électrique (M) lorsque la vitesse de rotation (N) n'atteint pas la vitesse de référence (NI) après un intervalle de temps prédéterminé après déclenchement de la phase de démarrage.
10. Système pour la commande de la coupure automatique du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule automobile comportant des moyens de mesure (5) de la température (T) du moteur électrique (M) et des moyens de gestion (4) qui comparent la température mesurée (T) à une valeur-seuil d'échauffement (Ta, TI) et commandent la coupure du moteur électrique (M) lorsque la température mesurée (T) dépasse la valeur-seuil d'échauffement (To, Ti), caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont prévus pour mesurer l'intensité (I) circulant dans le moteur (M) au cours d'une phase de démarrage et pour déterminer la valeur-seuil d'échauffement (To, Tl) à partir de l'intensité mesurée.
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| ITRM20000449A1 (it) | 2002-02-07 |
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| ITRM20000449A0 (it) | 2000-08-07 |
| DE10037779A1 (de) | 2001-07-05 |
| FR2797530B1 (fr) | 2001-11-02 |
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