FR2925977A1 - Dispositif de commande pour un solenoide, demarreur electrique l'incorporant, et procedes de commande correspondants. - Google Patents

Dispositif de commande pour un solenoide, demarreur electrique l'incorporant, et procedes de commande correspondants. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de commande pour un solénoïde (1), le dispositif étant de préférence destiné à être intégré dans un démarreur électrique pour un moteur à combustion. Le dispositif de commande comprend un moyen de commutation principal (3), un moyen de commutation auxiliaire (5), un moyen de commutation supplémentaire (6) ainsi qu'un moyen d'écrêtage de tension (7), ce moyen de commutation supplémentaire (6) permettant de choisir entre au moins deux voies de circulation du courant lorsque l'alimentation électrique du solénoïde (1) est coupée par le moyen de commutation principal (3). L'invention concerne également un démarreur électrique pour un moteur à combustion intégrant un tel dispositif, et un procédé de commande pour la mise en action d'un tel dispositif respectivement d'un tel démarreur.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de commande pour un solénoïde alimenté électriquement par une source de tension, le dispositif étant de préférence destiné à être intégré dans un démarreur électrique pour un moteur à combustion, ce dispositif comprenant un moyen de commutation principal commandé par un moyen de calcul de manière à permettre de hacher l'alimentation électrique du solénoïde ainsi qu'un moyen de commutation auxiliaire mis en parallèle avec le solénoïde et permettant une circulation de courant dans le solénoïde lorsque son alimentation électrique est coupée par le moyen de commutation principal; elle a également pour objet un démarreur électrique pour un moteur à combustion intégrant un tel dispositif et un procédé de commande pour la mise en action d'un tel dispositif respectivement d'un tel démarreur. Cette invention s'inscrit dans le contexte de la technique automobile actuelle, notamment dans le cadre des démarreurs électriques de moteurs thermiques. Ce genre de démarreurs peut être couplé au vilebrequin du moteur thermique afin de l'entraîner et de lancer son démarrage. Notamment, depuis peu, des démarreurs ont été proposés qui possèdent une fonctionnalité appelée communément Stop & Start . Cette fonctionnalité consiste à couper automatiquement le moteur lorsque la vitesse du véhicule est zéro, par exemple à l'arrêt à un feu rouge ou dans toute autre situation nécessitant l'arrêt du véhicule, le moteur étant par la suite relancé automatiquement lorsque l'utilisateur le sollicite de nouveau. Ceci a pour but de réduire la consommation du véhicule ainsi que la pollution qu'il génère. Pour réaliser cette fonction Stop & Start aussi appelée S&S sur un véhicule à moteur thermique, notamment sur une voiture, en conservant un réseau électrique de bord simple, normalement un réseau à 14V, il existe actuellement principalement deux possibilités fondées sur des organes de démarrage automobiles électromagnétiques. Soit on utilise un alterno-démarreur qui est une machine réversible placée sur la courroie du moteur soit on utilise un T S/2. R44 2.12 FR64. dpt démarreur adapté à la fonction S&S au niveau puissance, bruit, usure, etc... Ce dernier type de démarreur assure, lors de la phase de démarrage jusqu'à l'autonomie du moteur par les cycles de combustion, l'entraînement du vilebrequin du moteur thermique au moyen d'un pignon qui s'engrène sur la denture d'une couronne dentée montée sur le pourtour du volant moteur, l'engagement du pignon dans la couronne étant contrôlé par un solénoïde agencé dans le démarreur. L'utilisation d'un démarreur S&S évoqué ci-dessus offre un très net potentiel de réduction de coût par rapport à un alterno-démarreur et est lo intéressant notamment pour des constructeurs automobiles généralistes, soucieux du ratio coût-prestation de leurs produits. Ce genre de démarreur a été amélioré dans le passé, par exemple au niveau de la commande du courant de son solénoïde, pour laquelle un hacheur électronique tel qu'exposé dans les documents DE 10 034 779 et US 5,818,679 a été proposé, ceci afin de procéder à 15 un engagement progressif du pignon en deux étapes, voir par exemple les documents US 6,104,157 et US 6,323,562. De même, un solénoïde ayant une mono-bobine à deux étages, c'est-à-dire possédant deux positions alimentées stables de son noyau mobile, a été proposé pour ce genre de démarreurs. Un circuit de commande spécifique destiné à être intégré dans un tel 20 démarreur a par ailleurs été mis au point par la demanderesse et fait l'objet d'une demande de brevet français. Ce dispositif de commande permet de limiter la puissance consommée par le démarreur électrique lors du démarrage du moteur à combustion, ceci en réalisant un écrêtage du courant lors de la mise sous tension du démarreur. 25 Par ailleurs, ce genre de démarreurs Stop & Start fait l'objet d'autres améliorations au niveau de sa fonctionnalité, en particulier en ce qui concerne une fonction supplémentaire appelée "reflex-start". Cette fonction consiste à relancer le moteur par l'organe de démarrage alors que le vilebrequin du moteur, contrairement au cas d'un démarrage habituel, ne s'est pas encore immobilisé, T S /2. R442.12 FR64. dpt suite à une succession rapide d'ordres, par exemple suite à un arrêt puis un redémarrage en moins d'une seconde. En outre, ce genre de situation peut se produire en cas de l'immobilisation d'une voiture à un feu rouge venant de passer au vert, lors d'un changement d'allure en rentrant sur un rond-point ou à un cédez- le-passage, etc.. Le système alterno-démarreur précité permet de réaliser la fonction "reflexstart" d'une façon simple, du fait que le couplage par courroie de la machine électrique réversible avec le vilebrequin du moteur assure naturellement la synchronisation du régime de rotation de la machine avec le vilebrequin, au rapport d'entraînement près. Il suffit donc d'alimenter la machine électrique pour fournir immédiatement, c'est-à-dire dès l'établissement des courants dans la machine électrique, un couple d'entraînement au moteur thermique. Mais, comme mentionné ci-dessus, le coût d'un alterno-démarreur reste élevé par rapport à un démarreur S&S, poussant alors les constructeurs automobiles à trouver une 1s solution alternative. Des démarreurs S&S permettant de réaliser une telle fonction "reflex-start" ont récemment été proposés, notamment par la demanderesse. Un tel démarreur peut, en particulier, être équipé d'un solénoïde lanceur à deux étages susmentionné. Ce genre de solénoïde, possédant deux positions alimentées 20 stables de son noyau mobile, permet de commander, d'une part, dans sa première position alimentée stable, l'engagement du pignon du démarreur dans la denture de ladite couronne dentée montée sur le pourtour du volant moteur ainsi que, d'autre part, dans sa deuxième position alimentée stable, la mise sous tension du démarreur et ainsi l'entraînement du vilebrequin du moteur thermique, tandis que 25 dans la position de repos du noyau mobile, le pignon n'est pas engagé dans la couronne et l'alimentation électrique du démarreur est coupée. Alternativement, il est par exemple possible de prévoir deux solénoïdes conventionnels pour effectuer ces étapes, l'engagement du pignon avec ladite couronne et la TS/2. R442.12FR64. dpt commutation d'un relais provoquant ladite mise sous tension du démarreur, indépendamment l'une de l'autre. Afin de réaliser une commande d'alimentation électrique de tels solénoïdes, il est actuellement connu de faire recours à un hacheur avec un transistor commandé en tant qu'interrupteur principal en combinaison avec un deuxième interrupteur en parallèle avec le solénoïde, qui peut de préférence consister en une diode ou en un autre transistor, en tant qu'interrupteur auxiliaire pour assurer la fonction dite de roue-libre , c'est-à-dire permettant la circulation de courant dans la bobine du solénoïde lorsque l'alimentation électrique du solénoïde est coupée par l'interrupteur principal. Alternativement, il est connu d'utiliser pour la commande de l'alimentation du solénoïde un pont en H classique avec quatre transistors commandés. La solution utilisant un hacheur est plus économique, mais ne permet pas d'inverser la tension aux bornes de la bobine du solénoïde pour annuler rapidement le courant dans le solénoïde, tandis que le pont en H plus cher dispose de cette fonctionnalité afin d'annuler le plus vite possible le courant. Dans ce contexte, il est à noter qu'en général la bobine d'un tel solénoïde est caractérisée par sa propriété selfique, ceci provoquant normalement une réponse relativement lente de l'actuateur sous une tension donnée. II en découle de ce qui a été dit ci-dessus, d'une part, que ce genre de démarreurs électriques, notamment ceux disposant des fonctionnalités Stop & Start et/ou reflex-start , respectivement leurs solénoïdes doivent disposer d'une grande souplesse d'utilisation, en particulier dans leur commande, afin de pouvoir égaler au niveau de leur performance un alterno-démarreur, et, d'autre part, que les solutions actuellement disponibles pour leur commande restent perfectibles. Il serait notamment souhaitable d'améliorer la commande au niveau de la vitesse de démarrage, au niveau du bruit généré par le démarreur, ou encore au niveau de l'usure des pièces, en particulier entre le pignon du démarreur et la couronne dentée du moteur, tous ces paramètres pouvant être influencés par la commande du solénoïde du démarreur. TS/2. R442.12FR64. dpt Par conséquent, le but de la présente invention est d'améliorer les systèmes actuels de démarrage de moteurs thermiques et de mettre à disposition, d'une part, un dispositif de commande pour un solénoïde disposant d'une grande flexibilité d'utilisation ainsi que, en particulier, d'un temps de réaction réduit, et, 5 d'autre part, un démarreur électrique intégrant un tel dispositif de commande, ainsi qu'un procédé de commande correspondant pour un tel dispositif respectivement un tel démarreur, ceci en ayant recours à des moyens techniques simples, en restant compatible avec un véhicule automobile équipé d'une architecture de distribution électrique conventionnelle, et en proposant un coût moindre par io rapport à un alterno-démarreur. Le dispositif de commande pour un solénoïde selon la présente invention se distingue à cet effet par le fait que le dispositif comprend un moyen de commutation supplémentaire mis en série avec ledit moyen de commutation auxiliaire ainsi qu'un moyen d'écrêtage de tension mis en parallèle avec le 15 solénoïde à travers le moyen de commutation auxiliaire et avec le moyen de commutation supplémentaire, ce moyen de commutation supplémentaire permettant de choisir entre au moins deux voies de circulation du courant lorsque l'alimentation électrique du solénoïde est coupée par le moyen de commutation principal, 20 De par cette structure de la commande du solénoïde il est possible de procéder à une coupure rapide du courant et ainsi d'améliorer le temps de réponse du solénoïde respectivement de son noyau mobile. De préférence, ledit moyen de commutation principal est réalisé par un interrupteur commandé et ledit moyen de commutation auxiliaire est réalisé soit 25 par un interrupteur auto-commandé soit par un interrupteur commandé dont la mise en conduction est alternativement réalisée avec celle de l'interrupteur principal. Le moyen de commutation principal peut notamment être réalisé par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champs, en particulier par un MOSFET de type N, et le moyen de commutation auxiliaire peut être réalisé par une diode, de préférence une diode avec une réponse rapide et une faible chute de tension directe, par exemple de type Schottky. Dans une forme d'exécution préférée, ledit moyen de commutation supplémentaire est constitué par un interrupteur commandé, cet interrupteur étant commandé par ledit moyen de calcul. Notamment, le moyen de commutation supplémentaire peut être constitué par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champs, en particulier par un MOSFET de type P ou N. Dans une autre forme d'exécution, ledit moyen d'écrêtage de tension est constitué par un interrupteur auto-commandé, de préférence une diode, en particulier une diode de type diode de suppression. Il est en particulier possible, dans une forme d'exécution du dispositif, que le moyen de commutation principal est constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté négatif de la source de tension du solénoïde et que ledit moyen de commutation supplémentaire est constitué par un MOSFET de type P ou N. Le moyen de commutation principal peut aussi être constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté positif de la source de tension du solénoïde, ledit moyen de commutation supplémentaire étant dans ce cas favorablement constitué par un MOSFET de type N. Dans une autre forme d'exécution, le moyen de commutation principal est constitué par un transistor à effet de champs adapté à mesurer le courant le traversant, de préférence par un transistor du type SenseFET, ce qui permet de disposer de l'information concernant le niveau de courant dans la bobine du solénoïde, cette information pouvant être utilisée lors de sa commande. Dans encore une autre forme d'exécution, le rail d'alimentation positif du solénoïde est placé en aval d'un relais de protection afin de protéger le dispositif vis-à-vis d'une inversion accidentelle de la source de tension. La présente invention propose également un démarreur électrique pour un moteur à combustion qui comprend un solénoïde commandé par un tel dispositif de commande. T S/2. R442.12 FR64. dpt En particulier, ce démarreur comprend de préférence un solénoïde qui est choisi de manière à avoir une tension électrique nominale inférieure à la tension électrique alimentant le démarreur, en particulier de façon à ce que la tension nominale du solénoïde est dans la plage de 4 à 12 V pour une tension alimentant le démarreur se trouvant dans la plage de 12 à 16 V. Ceci complémente le démarreur équipé d'un dispositif de commande permettant une coupure rapide du courant dans la bobine du solénoïde dans le sens que ce choix permet d'obtenir une montée de courant rapide. Le démarreur dispose alors d'un temps de réaction rapide pour l'application ainsi que pour l'enlèvement du courant dans le solénoïde, permettant par conséquent un engagement ainsi qu'un désengagement rapide et maîtrisé de son noyau mobile dans une position alimentée stable. Dans une forme d'exécution d'un tel démarreur, le solénoïde peut être constitué par un solénoïde lanceur à deux étages disposant de deux positions stables de son noyau mobile, définies en fonction du courant traversant le 15 bobinage. La présente invention propose encore un procédé de commande pour la mise en action d'un tel dispositif de commande respectivement d'un tel démarreur. Le procédé de commande du dispositif comprend, en mode d'établissement de courant ou de maintien du courant dans le solénoïde, les étapes 20 de commuter le moyen de commutation principal ou de le maintenir en état de commutation et de commuter le moyen de commutation supplémentaire de façon à permettre la circulation de courant à travers le moyen de commutation auxiliaire, 25 et, en mode d'arrêt rapide du courant dans le solénoïde, il comprend les étapes d'interrompre le moyen de commutation principal et d'interrompre le moyen de commutation supplémentaire de façon à interrompre la circulation de courant à travers ce moyen de commutation TS/2.R442.12FR64. dpt supplémentaire, une circulation de courant à travers le moyen d'écrêtage de tension restant possible. Le procédé de commande pour la mise en action d'un démarreur correspondant comprend, en mode d'engagement lent du noyau mobile du 5 solénoïde dans une position alimentée stable, les étapes de commuter le moyen de commutation principal en hachant le courant avec un rapport cyclique réduit de manière à faire croître modérément le courant à travers le solénoïde et à obtenir un mouvement lent de son noyau mobile, 10 - après le mouvement du noyau mobile du solénoïde dans la position désirée, de hacher le courant à travers le moyen de commutation principal avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position alimentée stable, 15 et, en mode d'engagement rapide du noyau mobile du solénoïde dans une position alimentée stable, le procédé comprend les étapes de commuter le moyen de commutation principal en appliquant une pleine onde de tension au solénoïde de manière à faire croître rapidement le courant à travers le solénoïde et à obtenir un mouvement rapide de son 20 noyau mobile, d'interrompre soit uniquement le moyen de commutation principal, soit ce dernier et le moyen de commutation supplémentaire de manière à faire décroître rapidement le courant à travers le solénoïde et à freiner le mouvement du noyau mobile, et 25 après le mouvement du noyau mobile du solénoïde dans la position désirée, de commuter de nouveau le moyen de commutation principal en hachant le courant avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position alimentée stable. TS/2. R442.12FR64. dpt Il est ainsi possible de disposer d'un dispositif de commande respectivement d'un démarreur électrique disposant d'une grande flexibilité d'utilisation et notamment d'un temps de réaction réduit que cela soit en montée ou en coupure du courant, ce qui permet de mieux maîtriser la cinématique du noyau mobile. D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci- après l'invention plus en détail à l'aide de dessins.
Les dessins annexés illustrent schématiquement et à titre d'exemple trois formes d'exécution de l'invention. La figure 1 représente un schéma électronique d'un dispositif de commande faisant recours à un moyen de commutation principal constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté négatif de la source de tension du solénoïde et à un moyen de commutation supplémentaire constitué par un MOSFET de type P. La figure 2 montre un schéma électronique d'un dispositif de commande faisant recours à un moyen de commutation principal constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté négatif de la source de tension du solénoïde et à un moyen de commutation supplémentaire constitué par un MOSFET de type N.
La figure 3 montre un schéma électronique où le moyen de commutation principal est constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté positif de la source de tension du solénoïde et où le moyen de commutation supplémentaire est constitué par un MOSFET de type N.
L'invention va maintenant être décrite en détail en référence aux dessins annexés qui permettront d'illustrer, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'invention. Le schéma électronique représenté à la figure 1 montre une forme d'exécution d'un dispositif de commande selon la présente invention adapté à T S/2. R442.12FR64. dpt commander un solénoïde 1 alimenté électriquement par une source de tension 2. Le solénoïde peut être un solénoïde lanceur classique à un étage, c'est-à-dire dont le noyau mobile a une position de repos stable et une position stable unique, en fin de course du noyau mobile, lorsque le solénoïde est sous tension. Il peut également consister en un solénoïde lanceur à deux étages avec deux positions alimentées stables. Le dispositif de commande selon la présente invention est particulièrement adapté à être intégré dans un démarreur électrique pour un moteur à combustion, tel que nécessaire dans une automobile, mais peut être utilisé dans toute autre application adéquate.
Ce dispositif est basé sur la solution de commande connue utilisant un hacheur électronique, au lieu d'un pont en H avec quatre transistors, et comprend un moyen de commutation principal 3 commandé par un moyen de calcul 4 de manière à permettre de hacher l'alimentation électrique du solénoïde 1. Le moyen de commutation principal 3 permet de couper ou d'instaurer l'alimentation électrique du solénoïde voire de sa bobine ainsi que des autres composants se trouvant en aval dans le circuit électrique. Un moyen de commutation auxiliaire 5 est mis en parallèle avec le solénoïde 1 et permet une circulation de courant dans le solénoïde 1 lorsque son alimentation électrique est coupée par le moyen de commutation principal 3. De préférence, ledit moyen de commutation principal 3 est réalisé par un interrupteur commandé et ledit moyen de commutation auxiliaire 5 est réalisé soit par un interrupteur auto-commandé soit par un interrupteur commandé dont la mise en conduction est alternativement réalisée avec celle de l'interrupteur principal 3. II est particulièrement favorable de réaliser le moyen de commutation principal 3 par un transistor, notamment par un transistor à effet de champ, en particulier par un MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) de type N. Ledit moyen de commutation auxiliaire 5 est, de préférence, réalisé par une diode, notamment par une diode de type Schottky. Dans le circuit électrique illustré à la figure 1, le moyen de commutation principal 3 constitué par un MOSFET de type N est raccordé du coté négatif de la TS/2. R442.12FR64. dpt source de tension 2 du solénoïde 1, ce qui est connu sous le nom d'un hacheur électronique de type low side , contrairement au type high side où le moyen de commutation principal 3 est raccordé du coté positif de la source de tension 2 du solénoïde 1. Au cas préféré où le moyen de commutation auxiliaire 5 prend la forme d'une diode en tant qu'interrupteur auto-commandé assurant la continuité de la circulation du courant dans la bobine selfique du solénoïde 1 en présentant une faible chute de tension lorsque le courant circule en boucle dans la bobine, c'est-à-dire quand son alimentation électrique est coupée par le moyen de commutation principal 3, ce composant est appelé couramment diode de roue libre". Du fait de l'application préférée d'un dispositif de commande selon la présente invention dans le cadre d'un démarreur électrique pour un moteur thermique, notamment pour une automobile, les transistors utilisés sont préférentiellement de type transistor à effet de champ, en particulier de type MOSFET, tel que mentionné ci-dessus. En effet, ces transistors sont particulièrement adaptés pour les basses tensions telles que dans un réseau de bord automobile d'environ 14V rencontrées dans l'automobile. Préférentiellement on utilise un MOSFET principal 3 de type canal N, du simple fait que ceux-ci sont plus répandus que le type canal P. Dans le cas d'un hacheur low side , un MOSFET principal 3 de type canal N est approprié de par sa commande positive de grille référencée par rapport à la masse du circuit électrique, ce qui simplifie la réalisation du circuit de commande de grille du MOSFET principal 3. Un MOSFET est typiquement commandé à des fréquences f supérieures au domaine audible humain, soit f > 15-20kHz, avec un état conducteur on et un état ouvert off .
Si la contrainte acoustique est moindre, la fréquence peut être abaissée à quelques kHz. Les durées des états on et off sont donc courtes, en générale inférieures à 100 ps. Le niveau de courant dans la bobine du solénoïde 1 peut être ajusté par la valeur du rapport cyclique de fermeture du MOSFET principal 3, ce paramètre étant commandé par ledit moyen de calcul 4. T S /2. R442.12 FR64. dpt Partant de cette configuration connue d'un hacheur électronique pour la commande de l'alimentation électrique d'un solénoïde 1, la présente invention propose que le dispositif de commande comprend de plus un moyen de commutation supplémentaire 6 mis en série avec ledit moyen de commutation auxiliaire 5 ainsi qu'un moyen d'écrêtage de tension 7 mis en parallèle avec le solénoïde 1 et avec le moyen de commutation supplémentaire 6. Ce moyen de commutation supplémentaire 6 permet alors de choisir entre au moins deux voies de circulation du courant lorsque l'alimentation électrique du solénoïde 1 est coupée par le moyen de commutation principal 3.
Le moyen de commutation supplémentaire 6 peut être constitué par un interrupteur commandé, cet interrupteur étant, de préférence, également commandé par ledit moyen de calcul 4. Dans une forme d'exécution préférée, le moyen de commutation supplémentaire 6 est constitué par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champs, en particulier par un MOSFET de type P ou N. Dans la configuration illustrée à titre d'exemple à la figure 1, où le moyen de commutation principal 3 est un MOSFET de type N, le moyen de commutation supplémentaire 6 est réalisé par un MOSFET de type P. En effet, on utilise préférentiellement un MOSFET de type P en tant que moyen de commutation supplémentaire 6, car la commande de la grille de ce transistor peut alors être réalisée de façon plus simple par rapport à un MOSFET de type N, c'est-à-dire sans recourir à un circuit driver avec une pompe de charge. Dans ce cas, il est possible d'utiliser un simple transistor NPN à collecteur ouvert sur la grille du MOSFET P. En ce qui concerne le moyen d'écrêtage de tension 7, il peut de manière favorable être constitué par un interrupteur auto-commandé réagissant à un seuil de tension fixé de préférence une diode, en particulier une diode de type diode de suppression ou encore par exemple une résistance dont la valeur élevée, diminue fortement à partir d'un certain seuil de tension appliquée à ses bornes (aussi connue sous le nom de VDR : Voltage Dependent Resistor). TS/2. R442.12FR64. dpt Pour simplifier la terminologie, on parlera dans la suite également d'interrupteur principal ou de MOSFET principal pour le moyen de commutation principal 3, de diode de roue libre pour le moyen de commutation auxiliaire 5, d'interrupteur supplémentaire ou de MOSFET supplémentaire pour le moyen de commutation supplémentaire 6, et de diode de suppression pour le moyen d'écrêtage de tension 7. En se référant à la forme d'exécution selon la figure 1 d'un dispositif de commande selon la présente invention, on peut illustrer le fonctionnement et l'amélioration selon la présente invention du hacheur connu adapté au pilotage de la bobine du solénoïde d'un démarreur. En ajoutant un moyen de commutation supplémentaire 6 en série avec le moyen de commutation auxiliaire 5 qui est normalement la diode de roue libre et un moyen d'écrêtage de tension 7 en parallèle avec le solénoïde 1 et avec le moyen de commutation supplémentaire 6, il devient en effet possible de choisir entre deux voies de passage du courant dans les phases où le moyen de commutation principal 3 ne conduit pas (état off). En mode d'établissement du courant ou de maintien du courant dans la bobine du solénoïde 1 du démarreur, quand le moyen de commutation principal 3 est dans son état conducteur, la diode de roue libre 5 est utilisée en commutant le moyen de commutation supplémentaire 6 qui se trouve ainsi dans son état de conduction continue, ce qui minimise les pertes. Ensuite, lorsque l'on souhaite faire décroître rapidement le courant dans le solénoïde 1, dans le but par exemple de limiter le mouvement du noyau mobile du solénoïde 1 à sa première position d'engagement ou de limiter la vitesse d'impact du noyau en fin de sa course, ce qui permet de réduire le bruit et l'usure des pièces concernées, ou dans le but d'annuler rapidement le courant dans le solénoïde, ce qui permet par exemple de réaliser un désengagement rapide du pignon du démarreur de la couronne dentée du moteur thermique, le moyen de commutation supplémentaire 6 est utilisé de la manière suivante. D'abord, le moyen de commutation principal 3 est mis dans son état non-conducteur off et, simultanément, le moyen de commutation TS/2. R442.12 FR64. dpt supplémentaire 6 est également interrompu. Le courant circulant à travers la bobine du solénoïde 1 ne peut alors que passer par le moyen d'écrêtage de tension 7 et trouve ainsi un passage présentant une plus grande chute de tension, ce qui accélère la vitesse de réduction du courant, cette phase réalisant ainsi la s fonction de coupure rapide du courant circulant à travers le solénoïde 1. Cette phase est dans la suite également appelée fast switch-off . Si l'on souhaite que le courant dans le solénoïde 1 décroît normalement respectivement plus lentement, il suffit de ne pas interrompre le moyen de commutation supplémentaire 6 lorsque le moyen de commutation principal 3 est mis dans son 10 état non-conducteur off, le courant pouvant alors passer à travers l'interrupteur supplémentaire 6. Afin de détailler ces explications, il est à noter que pour une utilisation sur un réseau de bord automobile classique d'environ 14V, les valeurs typiques des caractéristiques des composants électroniques utilisés sont d'environ UMCP/MCS = 15 40 à 60V en ce qui concerne la tension pour les moyens de commutation principal 3 et supplémentaire 6 et d'environ UDS = 35 à 55V en ce qui concerne la tension pour la diode de suppression 7, ceci en satisfaisant la condition UDS < UMCP/MCS• La vitesse de variation du courant est égale au rapport de la tension dans la boucle parcouru par le courant divisée par l'inductance. Ceci est traduit par 20 l'équation bl/ôt = U/L, avec U étant la contre-tension rencontrée par le courant dans la boucle et L étant l'inductance de la bobine du solénoïde 1. L'inductance L varie en fonction de la position du noyau mobile dans la bobine. La contre-tension U dépend donc de l'état on ou off de l'interrupteur supplémentaire 6: Dans le mode hacheur sur diode de roue libre 5, où l'interrupteur supplémentaire 6 est en l'état 25 conducteur, il s'ensuit pour la contre-tension U = r*I + UDRL, avec r étant la résistance de la boucle parcourue par le courant, principalement égale la résistance de la bobine du solénoïde 1, et UDRL étant la tension appliquée à la diode de roue libre. Dans le mode fast switch-off , où l'interrupteur TS/2. R442.12FR64. dpt supplémentaire 6 est en l'état non-conducteur, la dépendance se lit U = r*I + UDS + UDRL. Dans le mode hacheur sur diode de roue libre, avec une mono-bobine du solénoïde 1 du démarreur d'une résistance de r = 1 0, parcouru par un courant de maintien de l'ordre de 5 A dans l'état initial, on peut estimer, en prenant une diode de roue libre à faible chute de tension de type Schottky avec UDRL = 0,3 V environ, que la contre-tension vaut approximativement U = 5 V initialement et décroît avec la diminution du courant I. En négligeant le terme UDRL, la décroissance du courant suit une loi exponentielle, avec une constante de temps T = L/r. Dans le mode fast switch-off avec une diode de suppression, on considère UDS = 55V. La contre-tension vaut alors approximativement U = 60V initialement et décroît faiblement avec la chute du courant I. En approximant U à une valeur constante, la décroissance du courant suit une loi linéaire. Le facteur de décroissance est par conséquent de l'ordre de dix fois plus rapide dans ce dernier cas que dans le mode hacheur sur diode de roue libre, ce qui justifie le nom fast switch-off . Le facteur de décroissance environ dix fois plus vite reflète en effet le rapport des contre-tensions d'environ U = 5,4V et U = 60V dans les deux cas. En comparaison, une structure plus complexe de pilotage de la bobine, telle qu'un pont en H nécessitant quatre interrupteurs, permet d'obtenir une contre-tension d'environ U = 19V, du fait qu'on peut considérer U = r*I + VRdB avec VRdB = 14V, ce qui correspond à un facteur de décroissance du courant environ trois fois moins que dans mode fast switch-off . Par conséquent, le gain sur la vitesse de décroissance du courant dans la bobine du solénoïde 1 apporté par le mode fast switch-off d'un dispositif de commande selon la présente invention est significatif. En référence à la figure 2, une autre forme d'exécution d'un dispositif de commande selon la présente invention peut être illustrée, selon laquelle le hacheur à interrupteur est de nouveau du type low-side , c'est-à-dire que l'interrupteur principal 3 qui est de nouveau un MOSFET de type N est raccordé TS/2.R442.12FR64. dpt du coté négatif de l'alimentation électrique du solénoïde 1, mais, de façon alternative, le moyen de commutation supplémentaire 6 est réalisé par un MOSFET de type canal N, contrairement au cas représenté à la figure 1. Le MOSFET supplémentaire 6 a la tension de sa grille amenée à un potentiel positif par rapport au rail d'alimentation électrique positif grâce à un circuit de pompe de charge discret réalisé avec deux capacités 8.1, 8.2 et deux diodes 8.3, 8.4, qui permet la fermeture continue du MOSFET N supplémentaire 6 dès lors que le MOSFET principal 3 hache la tension de la bobine du solénoïde 1. Un transistor NPN à collecteur ouvert sur la grille du MOSFET N supplémentaire 6 permet de disposer d'une interface simple avec le circuit logique de commande référencé à la masse. Une autre alternative est représentée à la figure 3, qui montre le cas où il est requis de commander la bobine du solénoïde lanceur 1 avec un interrupteur en high side , c'est-à-dire que l'interrupteur principal 3 qui reste un MOSFET de type N est raccordé du coté positif de la source de tension 2 du solénoïde 1, de manière à avoir le côté moins de la bobine raccordée à la masse. Dans le cas illustré, le moyen de commande supplémentaire 6 est de nouveau un MOSFET de type N. La commande du MOSFET principal 3 requiert alors un circuit driver 9 avec une pompe de charge. Ce driver 9 doit de plus tolérer des tensions négatives importantes, pouvant aller jusqu'à --UDs, sur sa sortie connectée à la source du MOSFET principal 3. Selon une autre forme d'exécution du dispositif, la protection du circuit contre une inversion accidentelle de la batterie est assurée en plaçant le rail d'alimentation positif en aval d'un relais de protection 10 connu sous le nom Plus Après Contact (+APC ). Cette configuration permet d'assurer une protection vis- à-vis de la connexion permanente de la bobine du solénoïde 1 au potentiel positif de la batterie, par exemple suite à un court-circuit, la corrosion, etc., dans le cas du montage de l'interrupteur principal 3 selon le schéma low- side . Ceci assure aussi une sécurité contre une activation accidentelle du démarreur en insérant TS/2.R442.12FR64. dpt deux moyens d'interruption en série dans le circuit d'alimentation électrique de la bobine du solénoïde 1. Il est à noter ici que dans le cas où une tension inverse est cependant appliquée sur l'alimentation électrique du hacheur, à la différence d'un hacheur classique où le courant traverse directement la diode inverse parasite du MOSFET principal et en série la diode de roue libre, ce qui conduit à la destruction certaine des semi-conducteurs avant la fusion d'un fusible de protection, le présent concept prévoit un passage du courant à travers la diode inverse parasite du MOSFET principal et en série l'enroulement de la bobine du solénoïde. La résistance de cette dernière tend à limiter le courant subi par la diode inverse du MOSFET. Le courant ne passe pas dans la diode de roue libre puisque la diode inverse du MOSFET auxiliaire est montée en tête-bêche avec la diode de roue libre, bloquant donc le passage du courant en parallèle de la bobine. Selon encore une autre forme d'exécution du dispositif de commande selon la présente invention, ledit moyen de commutation principal 3 peut avantageusement être constitué par un transistor à effet de champs adapté à mesurer le courant le traversant, de préférence par un transistor du type SenseFET. Ces composants existent notamment pour les MOSFET de type N et délivrent un courant de mesure qui est l'image du courant de drain divisé par un ratio intrinsèque au composant. On évite ainsi la mesure du courant par shunt qui nécessite un composant supplémentaire et, de plus, engendre des pertes dissipatives. L'utilisation d'un shunt classique ou de tout autre dispositif assurant une mesure de courant reste bien évidemment compatible avec le dispositif selon la présente invention. Par contre, l'utilisation d'un MOSFET permettant la mesure du courant le traversant est particulièrement favorable dans le schéma d'un hacheur low-side , tel que représenté aux figures 1 et 2. Dans ce cas, l'interrupteur principal 3 est référencé à la masse ce qui simplifie la circuiterie de traitement du signal de courant. Dans le cas d'un hacheur high side , le potentiel de la source varie rapidement entre deux valeurs proches des tensions de masse et du réseau de bord à la fréquence du découpage, ce qui rend plus T S /2 . R44 2.12 F R 64. dp t complexe le circuit de traitement du signal image de courant, du fait que la sortie miroir de courant est référencée au potentiel de la source. Ce signal est normalement un signal carré de même rapport cyclique et fréquence que la commande du MOSFET principal. Le circuit de traitement logé dans le moyen de calcul 4 le transforme en une valeur non pulsée, basée sur la valeur du signal dans la phase de conduction de l'interrupteur principal 3. Ce signal continu suit ainsi l'évolution du courant dans la bobine du solénoïde, dès lors que le rapport cyclique n'est pas totalement nul, c'est-à-dire pendant qu'il n'y a pas de fermeture du MOSFET principal permettant la mesure du courant. L'exploitation de cette information de courant dans la bobine permet d'améliorer la commande de la bobine, en particulier à travers les aspects suivants. D'une part, la disponibilité de cette information concernant le courant traversant la bobine du solénoïde 1 permet d'assurer une meilleure indépendance du courant vis-à-vis de la tension d'alimentation et de la température. En effet, il est connu que la tension d'un réseau de bord automobile varie en fonction de diverses conditions, parmi lesquelles l'état de la batterie, la température, les consommateurs mis en marche, ou encore la tension de consigne du régulateur de l'alternateur, en particulier si celui-ci est piloté par un calculateur externe, comme c'est le cas sur nombreux nouveaux véhicules qui optimise le niveau de tension du réseau de bord, tandis que le courant dans la bobine du solénoïde dépend principalement de la tension appliquée par le hacheur et de la résistance interne de la bobine. II est également connu que la résistance du bobinage en cuivre de la bobine augmente sensiblement avec la température, notamment environ 4% par tranche de 10°C d'augmentation de température. Le comportement électromécanique de la bobine est directement lié au courant qui crée le champ magnétique agissant sur le noyau mobile. Par conséquent, en utilisant un contrôle du courant traversant la bobine du solénoïde 1, il est possible d'agir directement sur le contrôle de la force qui met en mouvement son noyau mobile. L'information sur le courant dans la bobine permet T S/2 . R44 2.12 FR64. dpt ainsi de réaliser un asservissement de commande de la bobine en courant et non pas en tension. D'autre part, l'information concernant le courant traversant la bobine du solénoïde 1 permet la surveillance thermique de la bobine, nécessaire ou tout au moins souhaitable du fait que la résistance r(T) = U/I du bobinage est une fonction de la température ambiante, tel que mentionné ci-dessus. En effet, dans l'application principalement envisagée, la bobine du solénoïde lanceur 1 est située dans un environnement thermique chaud et contraignant, notamment sous le capot moteur d'un véhicule, le démarreur étant normalement monté sur le moteur thermique. De plus, le solénoïde d'un démarreur Stop&Start assure la fonction pré-engagement du pignon, ce qui implique l'alimentation électrique du solénoïde 1 sur la durée de la phase Stop qui peut durer plusieurs dizaines de secondes voire dépasser une minute. Le courant traversant la bobine est un courant de maintien, de valeur réduite par rapport à un courant d'appel, mais qui demeure suffisant pour entraîner des pertes dissipatives pouvant être significatives selon les choix de dimensionnement fait pour le solénoïde, c'est-à-dire le nombre de spires, la section du fil, etc.. L'échauffement de la bobine par effet Joule fait ainsi varier sa résistance interne et peut amener le fil de cuivre de la bobine à des températures critiques, en particulier en cas d'usage intensif de la fonction Stop&Start dans un environnement très chaud. En cas d'équipement d'un dispositif de commande selon la présente invention avec un interrupteur principal de type SenseFET, il dispose des informations de tension moyenne appliquée à la bobine et de courant traversant la bobine, ce qui permet de déterminer la valeur de la résistance avec la loi d'Ohm. II est alors possible d'estimer la température du fil de cuivre à partir de la résistance calculée. Si la température atteint un niveau trop élevé, le dispositif de commande peut appliquer une procédure prédéfinie qui interrompt, sous certaines conditions, le pré-engagement pour protéger l'intégrité de la bobine. Le système de commande de l'entité Stop&Start est informé de cette TS/2. R442.12FR64. dpt situation et en tient compte lors de l'exécution suivante d'une opération de démarrage. De plus, cette information permet d'effectuer un retour d'information au moyen de calcul 4, par exemple sur la position et la vitesse du noyau mobile. En effet, le déplacement du noyau mobile dans le circuit magnétique fait varier la réluctance, la valeur du courant s'en trouve affecté transitoirement. La surveillance dynamique du courant permet alors de détecter une information sur le mouvement du noyau. Par exemple, un critère sur dl(t)/dt permet de repérer le creux passager de courant, indice du déplacement du noyau mobile qui précède l'atteinte de la première position stable du noyau d'un solénoïde à deux étages. L'ajustement du rapport cyclique du hacheur peut s'appuyer sur cette information, pour améliorer le contrôle du solénoïde lanceur. Le pilotage du noyau mobile d'un solénoïde peut ainsi être amélioré par l'exploitation du signal de courant au cours de son mouvement, ou pour vérifier l'atteinte d'une position donnée en relation avec une valeur de réluctance donnée : par exemple la première position stable d'un solénoïde à deux étages. De plus, vu l'application principale envisagée pour le dispositif de commande d'un solénoïde selon la présente invention, elle concerne évidemment également un démarreur électrique pour un moteur à combustion qui comprend un solénoïde 1 ainsi qu'un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus. Par ailleurs, il est particulièrement favorable de choisir un solénoïde 1 intégré dans le démarreur de manière à ce qu'il a une tension électrique nominale inférieure à la tension électrique alimentant le démarreur. De préférence, la tension nominale du solénoïde 1 est dans la plage de 4 à 12 V, typiquement de 6 à 10V, pour une tension alimentant le démarreur dans la plage de 12 à 16 V. En effet, il est très intéressant de prévoir l'utilisation d'une bobine de tension nominale inférieure à la tension du réseau de bord qui est normalement de 14V, car avec une telle bobine comportant moins de spires, qui est donc moins selfique et moins résistive, le temps de montée du courant sous une tension donnée peut être T S /2 . R442.12 F R 64. dp t amélioré selon la loi bl/bt = U/L avec une valeur de l'inductance L plus petite. Cette caractéristique sur le temps de montée est le corollaire de l'amélioration du temps de baisse du courant apportée par le dispositif de commande équipé d'un hacheur disposant d'un mode fast switch-off . Les valeurs de rapport cyclique sont ajustées en fonction du rapport de la tension nominale de la bobine du solénoïde 1 à la tension du réseau de bord de manière à ne pas 'griller' la bobine par des courants excessifs, ceci en réglant la tension d'alimentation électrique de la bobine avec le hacheur. Par exemple, si la tension nominale de la bobine est 7V et que la tension du réseau de bord est 14V, pour simplifier le ratio qui est dans cet exemple de 50%, il faudra, pour assurer un courant de maintien correspondant à 60% de la tension nominale, appliquer un rapport cyclique de 60% * 50% = 30% au hacheur du dispositif de commande. L'association d'un dispositif de commande disposant d'un mode fast switch-off avec un démarreur disposant d'un solénoïde avec une bobine de tension nominale inférieure à la tension du réseau de bord qui alimente le hacheur constitue alors un choix de conception pertinent en offrant un contrôle performant sur les temps de réaction du solénoïde lanceur et/ou d'un relais auxiliaire voire tout autre élément ayant recours à un solénoïde utilisé dans le démarreur d'un système Stop&Start. Comme déjà mentionné dans l'introduction, le solénoïde 1 intégré dans le démarreur électrique peut être constitué par un solénoïde à deux étages disposant de deux positions alimentées stables de son noyau mobile ou par un solénoïde classique avec une position alimentée stable. Il est aussi évident que le démarreur pourrait comporter plusieurs solénoïdes commandés chacun par un dispositif de commande correspondant.
On peut encore noter dans ce contexte, que le circuit électronique ainsi que le moyen de calcul du hacheur du dispositif de commande selon la présente invention peut être intégrée soit directement sur le démarreur soit dans un calculateur existant sur le véhicule, qui peut notamment être constitué par le calculateur d'injection du moteur thermique ou encore par une unité de T S/2. R442.12 FR64. dpt commutation de charges montée sous capot moteur. Le choix se fait en fonction de considérations technico-économiques. Notamment, s'il est nécessaire de réaliser un démarreur tel que décrit ici et intégrant la fonction Stop&Start avec un coût peu élevé, il peut s'avérer pertinent d'héberger le hacheur dans un s calculateur disponible dans l'architecture du véhicule. Dans ce cas, la liaison longue entre le solénoïde et le circuit électronique peut être la source de perturbations électromagnétique et ainsi poser le problème connu de l'éloignement. En tant que contre-mesure, il est alors possible de faire fonctionner le hacheur à des fréquences plus basses, qui peuvent être comprises dans la 10 bande audible et ainsi constituer un compromis au niveau de bruit généré, et de réduire la raideur des fronts de commutation du hacheur et d'utiliser de câbles de liaison jointifs, ce qui constitue un compromis avec la dissipation des pertes de commutation. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de commande 15 pour la mise en action d'un tel dispositif de commande respectivement d'un tel démarreur sont proposés. Les explications ci-dessus concernant le dispositif de commande pour un solénoïde établissent notamment que le procédé de commande du dispositif selon la présente invention comprend, en mode d'établissement de courant ou de 20 maintien du courant dans le solénoïde 1, les étapes de commuter le moyen de commutation principal 3 ou de le maintenir en état de commutation et de commuter le moyen de commutation supplémentaire 6 de façon à permettre la circulation de courant à travers le moyen de commutation auxiliaire 5. En mode d'arrêt rapide du courant dans le solénoïde, le procédé comprend les étapes 25 d'interrompre le moyen de commutation principal 3 et d'interrompre le moyen de commutation supplémentaire 6 de façon à interrompre la circulation de courant à travers ce moyen de commutation supplémentaire 6, une circulation de courant à travers le moyen d'écrêtage de tension 7 restant possible. TS/2.R442.12FR64.dpt En ce qui concerne l'utilisation d'un démarreur électrique correspondant, le procédé de commande pour la mise en action d'un tel démarreur comprend, en mode d'engagement lent du noyau mobile du solénoïde 1 dans une position alimentée stable, les étapes de commuter le moyen de commutation principal 3 en hachant le courant avec un rapport cyclique réduit de manière à faire croître modérément le courant à travers le solénoïde 1 et à obtenir un mouvement lent de son noyau mobile, et, après le mouvement du noyau mobile du solénoïde 1 dans la position désirée, de hacher le courant à travers le moyen de commutation principal 3 avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde 1 de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position alimentée stable. En mode d'engagement rapide du noyau mobile du solénoïde dans une position alimentée stable, le procédé comprend les étapes de commuter le moyen de commutation principal 3 en appliquant une pleine onde de tension au solénoïde de manière à faire croître rapidement le courant à travers le solénoïde 1 et à obtenir un mouvement rapide de son noyau mobile, puis d'interrompre soit uniquement le moyen de commutation principal 3, soit ce dernier et le moyen de commutation supplémentaire 6 de manière à faire décroître rapidement le courant à travers le solénoïde 1 et à freiner le mouvement du noyau mobile, et ensuite, après le mouvement du noyau mobile du solénoïde 1 dans la position désirée, de commuter de nouveau le moyen de commutation principal 3 en hachant le courant avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde 1 de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position alimentée stable.
Ces procédés de commandes permettent de disposer d'un dispositif de commande respectivement d'un démarreur électrique disposant d'une grande flexibilité d'utilisation et notamment d'un temps de réaction réduit que cela soit en montée ou en coupure du courant. T S /2. R442.12 FR64. dpt Notamment, ces procédés permettent de disposer d'une plus grande souplesse dans le contrôle du solénoïde lanceur du démarreur, en particulier d'un démarreur Stop&Start. Ceci permet d'améliorer le fonctionnement de plusieurs opérations de pilotage du solénoïde lanceur respectivement d'un solénoïde en général, même si cette description se réfère à l'exemple d'un démarreur d'un moteur thermique. Premièrement, les opérations d'engagement du pignon du démarreur dans une couronne dentée du moteur peuvent être facilitées et améliorées. Ces opérations d'engagement sont beaucoup plus nombreuses avec un démarreur Stop&Start par rapport à un démarreur conventionnel qui n'intervient qu'en début de trajet pour la mise en route initiale du moteur thermique. Pour les démarrages Stop&Start en cours de trajet, il est connu de pratiquer un pré-engagement du pignon, au cours de la phase d'arrêt du moteur. Typiquement, le pignon est engagé dans la phase finale d'immobilisation du vilebrequin, à des régimes de l'ordre de 100 tr/mn ou moins. Ceci permet de disposer d'une liaison mécanique déjà établie entre le pignon du démarreur et la couronne du moteur thermique lors de l'opération de redémarrage, qui doit être la plus rapide, sécurisée et silencieuse possible. Avec le dispositif de commande selon la présente invention et le procédé 20 de commande correspondant, il est notamment possible de pratiquer deux types d'engagement pour le redémarrage dans le mode Stop&Start. D'une part, un engagement lent peut être effectué. La plupart des engagements se font en effet au début d'une phase durable de Stop. C'est notamment cette configuration qui permet de minimiser les effets acoustiques 25 provoqués par le choc entre la denture du pignon et les dents de la couronne du volant moteur. Par ailleurs, le plus grand nombre d'engagements sur un véhicule équipé d'un démarreur Stop&Start augmente la vitesse d'usure des dentures. Un engagement lent permet de réduire le bruit et l'usure de la mécanique. Pour le réaliser, le dispositif de commande est utilisé, en mode d'établissement de courant TS/2. R442.12FR64. dpt ou de maintien du courant dans le solénoïde 1, avec un niveau de courant modéré, c'est-à-dire avec un rapport cyclique réduit, pour obtenir un mouvement relativement lent du noyau mobile. Typiquement, le noyau mobile se déplace dans ce cas en 1/10ième de seconde à la position d'engagement désirée. s D'autre part, un engagement rapide peut être effectué. En effet, il est nécessaire dans certaines situations de redémarrer le plus vite possible le moteur thermique, alors que celui-ci n'a pas fini complètement de s'arrêter. Par exemple, si un véhicule s'arrête à un feu rouge qui passe alors au vert, un ordre Stop a été donné au moteur thermique et dans la foulée il faut relancer celui-ci, cette situation 10 étant appelée reflex-start . Lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin a baissé suffisamment, mais sans que le vilebrequin ne se soit complètement immobilisé, c'est au démarreur d'aider le moteur thermique à repartir, sinon, à des régimes plus élevés, le moteur peut repartir sur son inertie. Il faut alors engager le pignon sur la couronne dentée qui est encore en mouvement, cette opération 15 devant être effectué rapidement car la vitesse du vilebrequin oscille fortement. II est intéressant dans ce cas de pouvoir engager le pignon le plus tôt possible par l'intermédiaire de la première position alimentée stable d'un solénoïde à deux étages, mais ensuite d'observer si un redémarrage du moteur sur son inertie a lieu avant de décider d'alimenter le démarreur par l'intermédiaire de la deuxième 20 position alimentée stable d'un tel solénoïde ou bien encore de commencer par alimenter le démarreur par une voie auxiliaire d'alimentation ne passant pas par le contacteur principal du solénoïde à deux étages. De même, lorsqu'on utilise un solénoïde conventionnel à un étage, il est souhaitable de pouvoir engager rapidement le pignon par l'intermédiaire de la seule position alimentée stable du 25 solénoïde, puis pouvoir utiliser indépendamment une voie alternative de commutation du démarreur. Dans ces cas, il est nécessaire de piloter le solénoïde de manière à atteindre rapidement la première respectivement seule position alimentée stable, correspondant à l'engagement du pignon, sans aller en bout de TS/2. R442.12FR64. dpt course dans le cas d'un solénoïde à deux étages, ce qui correspondrait à la fermeture du contacteur principal d'alimentation. Cet objectif peut être atteint en appliquant le procédé de commande susmentionné pour le dispositif de commande. En détail, on applique d'abord une pleine onde de tension aux bornes de la bobine du solénoïde dans le but de faire croître le plus rapidement possible le courant. La durée de cette phase est de l'ordre de quelques dizaines de milli-secondes, avec un rapport cyclique de fermeture du MOSFET principal 3 de 100% ou proche de 100%. Ceci donne une impulsion initiale au noyau mobile. Comme il est souhaité de stabiliser le noyau mobile le plus rapidement dans la première respectivement seule position alimentée stable, on interrompt ensuite la montée du courant soit seulement en ouvrant le MOSFET principal 3, correspondant à un rapport cyclique nul, soit en activant brièvement, c'est-à-dire pendant l'ordre de 1 ms ou moins selon le besoin et les caractéristiques de la bobine, le mode fast switch-off du hacheur au début de cette phase de rapport cyclique nul. II est ainsi possible de moduler rapidement la force qui régit le mouvement du noyau. Cette stratégie de commande est aussi utile à la réalisation d'une approche en douceur dans l'engagement des dents du pignon dans la denture de la couronne afin d'obtenir une force d'impact réduite. A l'issue de cette deuxième phase de commande d'une durée de 10 à 20 ms selon les caractéristiques de la bobine, un courant modéré est appliqué à nouveau pour assurer le maintien du noyau du solénoïde lanceur en position stable. Par ailleurs, un procédé connu pour les hacheurs de l'état de la technique permet de régler le courant de maintien à une valeur plus basse. Cette fonction peut être combinée au procédé proposé et est notamment particulièrement intéressante dans le cas du pré-engagement du pignon sur un véhicule équipé d'un démarreur du type Stop&Start. II est ainsi possible de limiter la consommation électrique et l'échauffement du solénoïde lanceur pendant la phase de Stop. T S /2. R442.12 FR64. dpt Deuxièmement, dans le cas de l'utilisation d'un solénoïde à deux étages tel qu'évoqué ci-dessus, les opérations de course complète du noyau mobile sans le maintenir d'abord sur la position intermédiaire du solénoïde peuvent aussi être requises, par exemple dans le cas d'un reflex-start où la confirmation du besoin d'alimenter le démarreur par le contacteur de puissance arrive immédiatement, c'est-à-dire dans la foulée de l'opération d'engagement du pignon par l'intermédiaire de la première position alimentée stable du noyau mobile . C'est le cas aussi par exemple d'une opération de démarrage initial. Dans ces cas, il est possible de moduler la vitesse du mouvement du noyau mobile du solénoïde lanceur de la même manière que pour les pré-engagements décrits ci-dessus. De façon similaire, la commande applique une pleine onde de tension, réduit ensuite le niveau de courant par une phase rapport cyclique nul en pouvant avoir recours au mode fast switch-off du dispositif de commande pour accélérer la vitesse de décroissance du courant, et enfin applique un courant de maintien pour garder le noyau mobile en fin de course. De même, il est aussi possible de gérer la force et la vitesse d'impact du noyau mobile en fin de course, afin d'atténuer, si besoin, l'impact de fermeture du contacteur de puissance de l'alimentation électrique, pour augmenter la longévité du contacteur. Troisièmement, les opérations rapides de désengagement du pignon de la couronne dentée du moteur thermique peuvent être facilitées et améliorées. A l'issue de la phase d'entraînement du moteur thermique par le démarreur, se concluant par le démarrage du moteur qui devient autonome, le pignon doit effectivement être désengagé. En supprimant rapidement le courant de maintien du solénoïde par l'utilisation du mode fast switch-off du dispositif de commande, le noyau mobile du solénoïde respectivement le pignon suit avec un temps de latence réduit l'ordre de désengagement. Ceci permet de réduire la durée d'entraînement du pignon par le moteur thermique et les sollicitations mécaniques sur celui-ci et sur la roue libre du démarreur. TS/2. R442.12FR64. dpt Finalement, dans le cas de l'utilisation d'un solénoïde conventionnel à un étage pour l'engagement du pignon en combinaison avec un relais auxiliaire et un solénoïde correspondant pour l'alimentation électrique, l'ouverture rapide de ce relais auxiliaire du démarreur peut également être facilitée et améliorée. En s particulier, un relais auxiliaire et un solénoïde indépendant correspondant peuvent être utilisés pour l'alimentation électrique du démarreur afin de créer une deuxième voie d'alimentation activée indépendante de celle passant par le contacteur du solénoïde lanceur. Le procédé de commande peut alors aussi être appliqué au dispositif de commande de la bobine du solénoïde de ce relais 10 auxiliaire. La commande de l'alimentation électrique du démarreur se trouve ainsi améliorée par la réduction du temps de réaction des contacteurs mis en oeuvre. II est clair que le dispositif de commande pour un solénoïde ainsi que le procédé de commande selon la présente invention sont susceptible de trouver de nombreuses autres applications dans tous les domaines impliquant l'utilisation 15 d'un solénoïde et qui pourraient demander de même une plus grande souplesse d'utilisation et un contrôle amélioré du solénoïde. La présente invention met alors à disposition un dispositif de commande pour un solénoïde disposant d'une grande flexibilité d'utilisation ainsi que d'un temps de réaction réduit et un démarreur électrique intégrant un tel dispositif de 20 commande, ainsi qu'un procédé de commande correspondant pour un tel dispositif respectivement un tel démarreur, ceci en ayant recours à des moyens techniques simples, en restant compatible avec un véhicule automobile équipé d'une architecture de distribution électrique conventionnelle, et en proposant un coût moindre par rapport à un alterno-démarreur. Le démarreur correspondant 25 dispose notamment d'un temps de réaction rapide pour l'application ainsi que pour l'enlèvement du courant dans le solénoïde, permettant par conséquent un engagement ainsi qu'un désengagement rapide de son noyau mobile dans une position alimentée stable. T S/2. R442.12 FR64. dpt

Claims (15)

Revendications
1. Dispositif de commande pour un solénoïde (1) alimenté électriquement par une source de tension (2), le dispositif étant de préférence destiné à être intégré dans un démarreur électrique pour un moteur à combustion, le dispositif comprenant un moyen de commutation principal (3) commandé par un moyen de calcul (4) de manière à permettre de hacher l'alimentation électrique du solénoïde (1) ainsi qu'un moyen de commutation auxiliaire (5) mis en parallèle avec le solénoïde (1) et permettant une circulation de courant dans le solénoïde (1) lorsque son alimentation électrique est coupée par le moyen de commutation principal (3), caractérisé par le fait que le dispositif comprend un moyen de commutation supplémentaire (6) mis en série avec ledit moyen de commutation auxiliaire (5) ainsi qu'un moyen d'écrêtage de tension (7) mis en parallèle avec le solénoïde (1) à travers le moyen de commutation auxiliaire (5) et avec le moyen de commutation supplémentaire (6), ce moyen de commutation supplémentaire (6) permettant de choisir entre au moins deux voies de circulation du courant lorsque l'alimentation électrique du solénoïde (1) est coupée par le moyen de commutation principal (3).
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit moyen de commutation principal (3) est réalisé par un interrupteur commandé et ledit moyen de commutation auxiliaire (5) est réalisé soit par un interrupteur auto-commandé soit par un interrupteur commandé dont la mise en conduction est alternativement réalisée avec celle de l'interrupteur principal (3).
3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit moyen de commutation principal (3) est réalisé par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champs, en particulier par un MOSFET de type N, T S/2. R442.12 FR64. dptet que ledit moyen de commutation auxiliaire (5) est réalisé par une diode, de préférence une diode de type Schottky.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait 5 que ledit moyen de commutation supplémentaire (6) est constitué par un interrupteur commandé, cet interrupteur étant commandé par ledit moyen de calcul (4).
5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit 10 moyen de commutation supplémentaire (6) est constitué par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champs, en particulier par un MOSFET de type P ou N.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait 15 que ledit moyen d'écrêtage de tension (7) est constitué par un interrupteur auto-commandé, de préférence une diode, en particulier une diode de type diode de suppression.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait 20 que ledit moyen de commutation principal (3) est constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté négatif de la source de tension (2) du solénoïde (1) et que ledit moyen de commutation supplémentaire (6) est constitué par un MOSFET de type P ou N. 25
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit moyen de commutation principal (3) est constitué par un MOSFET de type N raccordé du coté positif de la source de tension (2) du solénoïde (1) et que ledit moyen de commutation supplémentaire (6) est constitué par un MOSFET de type N. TS/2.R442.12FR64.dpt 25
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit moyen de commutation principal (3) est constitué par un transistor à effet de champs adapté à mesurer le courant le traversant, de préférence par un transistor du type SenseFET.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rail d'alimentation positif du solénoïde (1) est placé en aval d'un relais de protection (10).
11. Démarreur électrique pour un moteur à combustion, caractérisé par le fait qu'il comprend ledit solénoïde (1) ainsi qu'un dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes. 15
12. Démarreur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit solénoïde (1) est choisi de manière à avoir une tension électrique nominale inférieure à la tension électrique alimentant le démarreur, de préférence que la tension nominale du solénoïde (1) est dans la plage de 4 à 12 V pour une tension alimentant le démarreur dans la plage de 12 à 16 V. 20
13. Démarreur selon l'une des revendications précédentes 11 à 12, caractérisé par le fait que ledit solénoïde (1) est un solénoïde lanceur à deux étages disposant de deux positions alimentées stables de son noyau mobile, définies en fonction du courant traversant le bobinage.
14. Procédé de commande pour fa mise en action d'un dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes 1 à 10, caractérisé par le fait que,10en mode d'établissement de courant ou de maintien du courant dans le solénoïde (1), il comprend les étapes o de commuter le moyen de commutation principal (3) ou de le maintenir en état de commutation et o de commuter le moyen de commutation supplémentaire (6) de façon à permettre la circulation de courant à travers le moyen de commutation auxiliaire (5), et que, en mode d'arrêt rapide du courant dans le solénoïde (1), il comprend les étapes o d'interrompre le moyen de commutation principal (3) et o d'interrompre le moyen de commutation supplémentaire (6) de façon à interrompre la circulation de courant à travers ce moyen de commutation supplémentaire (6), une circulation de courant à travers le moyen d'écrêtage de tension (7) restant possible.
15. Procédé de commande pour la mise en action d'un démarreur selon l'une des revendications précédentes 11 à 13, caractérisé par le fait que, en mode d'engagement lent du noyau mobile du solénoïde (1) dans une position alimentée stable, le procédé comprend les étapes o de commuter le moyen de commutation principal (3) en hachant le courant avec un rapport cyclique réduit de manière à faire croître modérément le courant à travers le solénoïde (1) et à obtenir un mouvement lent de son noyau mobile, o après le mouvement du noyau mobile du solénoïde (1) dans la position désirée, de hacher le courant à travers le moyen de commutation principal (3) avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde (1) de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position stable, TS/2.R442.12FR64. dpt 5 10 15et que, en mode d'engagement rapide du noyau mobile du solénoïde (1) dans une position alimentée stable, le procédé comprend les étapes o de commuter le moyen de commutation principal (3) en appliquant une pleine onde de tension au solénoïde (1) de manière à faire croître rapidement le courant à travers le solénoïde (1) et à obtenir un mouvement rapide de son noyau mobile, o d'interrompre soit uniquement le moyen de commutation principal (3), soit ce dernier et le moyen de commutation supplémentaire (6) de manière à faire décroître rapidement le courant à travers le solénoïde (1) et à freiner le mouvement du noyau mobile, et o après le mouvement du noyau mobile du solénoïde (1) dans la position désirée, de commuter de nouveau le moyen de commutation principal (3) en hachant le courant avec un rapport cyclique correspondant au courant de maintien du noyau mobile du solénoïde (1) de manière à obtenir le maintien de son noyau mobile dans une position alimentée stable. T S /2 . R4 4 2.12 F R 64 . dp t
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