WO2008122731A1 - Dispositif de commande d'un demarreur de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de commande d'un demarreur de vehicule automobile Download PDF

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Stéphane PLAIDEAU
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Definitions

  • Patent EP-B1 526 307 discloses a device for controlling a motor vehicle starter, comprising a voltage generator, an amplifier and a contactor controlled by a voltage delivered by the amplifier and being able to progressively increase. between lower and upper voltage terminals to prevent too violent propulsion starter starter pinion.
  • the contactor comprises a fixed core and a movable core subjected to the action of call and hold windings. This device further comprises temperature compensation means for increasing the lower voltage terminal above. The contact winding of the contactor is disconnected on closing of the power contact, only the holding winding being electrically powered.
  • This device is generally satisfactory.
  • the present invention aims to overcome this disadvantage.
  • the invention thus relates to a device for controlling a motor vehicle starter, comprising:
  • a contactor comprising a call winding, a holding winding and a power contact, the contactor being powered by the amplifier
  • a module for maintaining the power supply of the contact winding of the contactor after closing the power contact is ensured, taking into account the action of the winding, to go to magnetic bonding with the fixed core of the contactor even when its kinetic energy is low, or even zero, after closing the power contact.
  • the power supply of the call winding can last a few milliseconds to a few tens of milliseconds after closing of the power contact.
  • the generator is arranged to make it possible to generate a voltage ramp with a positive or negative slope.
  • the module comprises a second variable voltage generator, in particular arranged to allow generating a voltage ramp, and a switch.
  • the module comprises an input connected between the contactor and a starter motor, and an output connected between the first voltage generator and the amplifier.
  • the amplifier comprises a transistor, in particular of the type
  • the module comprises, in parallel with the second voltage generator and the switch, a maximum potential setting element making it possible to ensure that the transistor of the amplifier is completely switched on after the closing of the power contact. .
  • the maximum potential setting element comprises in series a diode and a resistor.
  • the device is arranged in such a way as to be able to maintain the power supply of the holding winding after the power supply of the call winding has been cut off.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a control device according to a first exemplary implementation of the invention
  • FIG. 2 is an electrical diagram of the control device of FIG. 1,
  • FIGS. 3a to 3c schematically illustrate the variation as a function of time of different parameters for the control device of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a control device according to a second exemplary implementation of the invention.
  • FIG. 5 is an electrical diagram of the control device of FIG. 4, and FIGS. 6a to 6c schematically illustrate the variation as a function of time of various parameters for the control device of FIG. 5.
  • the starter control device 10 comprises a battery B
  • the negative terminal is connected to the ground by a conductor 11 and whose positive terminal is connected to a movable contact.
  • a start switch K a start switch
  • the contactor 1 also comprises a power contact R, one of whose terminals is connected to the positive pole of the battery B, and whose other terminal is connected to the electric motor M of the starter.
  • the winding L is a double winding, having a call winding La and a holding winding Lm as illustrated in FIG. 2.
  • the voltage generator 2 comprises means for varying the control current Ia of the contactor 1.
  • the control device 10 further comprises a module 20 for maintaining the power supply of the contact winding La of the contactor 1 after closure of the power contact R.
  • This module 20 comprises a variable voltage generator 24 and a switch 25.
  • This module 20 comprises an input 26 connected between the contactor 1 and the motor M, and an output 27 connected between the voltage generator 2 and the amplifier 3.
  • the voltage generator 24 is arranged to create a voltage ramp.
  • This generator 24 is powered only upon closing of the power contact R.
  • the voltage variation Uc at the output of the generator 2 is represented in the graph of FIG. 3a, on which the time t is plotted on the abscissa and the voltage Uc on the ordinate.
  • the voltage generator 2 is arranged in such a way that the voltage Uc has a value Uo which is lower than the triggering voltage or the connection voltage of the contactor and to be made gradually increase the voltage Uc from its initial value Uo to the conjunction voltage which, for a given operating temperature, is between U0 and the battery voltage Ub.
  • the positive terminal of the battery B is connected to a first pad of a movable contact of the start switch K controlled conventionally by the ignition key of the vehicle.
  • the other pad of the switch K is connected, on the one hand, via the call winding La to the drain of a MOSFET transistor T1, and on the other hand, to the resistors R1 and R2, the resistor R2 being connected to the ground conductor 1 1.
  • This pad of the switch K is also connected to the holding winding Lm, which itself is connected to the ground conductor January 1.
  • a capacitor C1 is interposed in series between the resistors R1 and R2.
  • the resistors R1 and R2 and the capacitor C1 form the voltage generator 2.
  • This voltage generator 2 is connected to the gate of transistor T1, which transistor defines, in this example, amplifier 3.
  • the voltage generator 24 of the module 20 for holding the power supply has a resistor R3 in series with a capacitor C2.
  • the input 26 of the module 20 is connected to a terminal of the resistor R3.
  • the switch 25 comprises a MOSFET type transistor T2 whose gate is connected between the capacitor C2 and the resistor R3.
  • the source of transistor T2 is connected to ground and the drain of transistor T2 to the gate of transistor T1.
  • the current flowing through the winding increases it as Uc increases.
  • the movable core of the contactor 1 begins to move, and also the launcher via a lever of the starter.
  • Graph 3c shows the speed V and the kinetic energy E of the starter starter. The instant when the speed V becomes zero corresponds to the moment when the pinion comes against the front face of the crown of the engine.
  • the launcher therefore no longer moves, but the movable core, thanks to the tooth / tooth spring, continues its movement, until t1 corresponding to the closing of the power contact R.
  • the voltage generator 24 is also powered and the voltage U increases and tends asymptotically towards Ui.
  • the shape of the voltage signal Ui depends on the behavior of the electric motor M.
  • the current consumption of the electric motor M causes the voltage Ui to drop.
  • the shape of the current signal la between t1 and t2 follows the shape of Ui.
  • the pinion thanks to the rotation of the electric motor M, enters the crown of the engine.
  • Ut reaches the value for which the switch 25 moves from the open state to the closed state.
  • FIG. 4 shows a control device differing from the control device described with reference to FIG. 1 in that the voltage-maintaining module 20 'furthermore comprises, in parallel with the voltage generator 24 and the switch 25, a maximum potential setting element 36 making it possible to ensure that the amplifier transistor is fully conducting after the closing of the power contact R to take full advantage of the force of the call winding La.
  • the element 36 comprises in series a diode D1 and a resistor R4.
  • the operation of the control device will now be described in more detail with reference to FIGS. 6a to 6c. Between to and t1, the operation is identical to the previous example.
  • a t1, Ui goes from 0 to Ub, so the electric motor M is powered.
  • the voltage generator 24 is also powered and the voltage U increases and tends asymptotically towards Ui.
  • the shape of the voltage signal Ui depends on the behavior of the electric motor M.
  • the current consumption of the electric motor M causes the voltage Ui to drop.
  • the maximum potential setting module 36 sets the output of the voltage generator 2 to the potential U i (at the voltage drop near the module 36 itself).
  • the amplifier 3 no longer limits the, unlike the previous example, and therefore the is higher.
  • the shape of the current signal la between t1 and t2 follows the shape of Ui.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande (10) d'un démarreur de véhicule automobile, comportant : un premier générateur de tension variable (2); un amplificateur en sortie du générateur de tension (3); un contacteur (1) comportant un enroulement d'appel (La), un enroulement de maintien (Lm) et un contact de puissance (R), le contacteur étant alimenté par l'amplificateur; un module (20) de maintien de l'alimentation électrique de l'enroulement d'appel du contacteur après fermeture du contact de puissance.

Description

Dispositif de commande d'un démarreur de véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif de commande d'un démarreur de véhicule automobile. On connaît par le brevet EP-B1 - 526 307 du présent déposant un dispositif de commande d'un démarreur de véhicule automobile, comprenant un générateur de tension, un amplificateur et un contacteur commandé par une tension délivrée par l'amplificateur et pouvant croître progressivement entre des bornes inférieure et supérieure de tension afin d'éviter une propulsion trop violente du pignon lanceur du démarreur. Le contacteur comporte un noyau fixe et un noyau mobile soumis à l'action d'enroulements d'appel et de maintien. Ce dispositif comporte en outre des moyens de compensation en température permettant d'augmenter la borne inférieure de tension précitée. L'enroulement d'appel du contacteur est déconnecté à la fermeture du contact de puissance, seul l'enroulement de maintien étant alimenté électriquement.
Ce dispositif est globalement satisfaisant.
Cependant lorsque le noyau mobile du contacteur est déplacé trop lentement, celui-ci, ne présentant pas suffisamment d'énergie cinétique, peut ne pas arriver au collage magnétique avec le noyau fixe du contacteur, le collage magnétique correspondant à un entrefer nul entre les noyaux fixe et mobile.
La présente invention vise à pallier cet inconvénient.
L'invention a ainsi pour objet un dispositif de commande d'un démarreur de véhicule automobile, comportant :
- un premier générateur de tension variable, - un amplificateur en sortie du générateur de tension,
- un contacteur comportant un enroulement d'appel, un enroulement de maintien et un contact de puissance, le contacteur étant alimenté par l'amplificateur,
- un module de maintien de l'alimentation électrique de l'enroulement d'appel du contacteur après fermeture du contact de puissance. Grâce à l'invention, le noyau mobile est assuré, compte tenu de l'action de l'enroulement d'appel, d'aller au collage magnétique avec le noyau fixe du contacteur même lorsque son énergie cinétique est faible, voire nulle, après fermeture du contact de puissance. L'alimentation de l'enroulement d'appel peut durer quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes après fermeture du contact de puissance.
Parmi d'autres avantages de l'invention, on peut citer l'amélioration importante de la cinématique, la limitation de l'usure des faces avant du pignon lanceur et la couronne du démarreur, l'amélioration importante du comportement vis-à-vis de ré-ouvertures du contact de puissance et donc moins d'usure des bornes du contacteur.
De préférence, le générateur est agencé pour permettre de générer une rampe de tension à pente positive ou négative.
Avantageusement, le module comporte un deuxième générateur de tension variable, notamment agencé pour permettre de générer une rampe de tension, et un interrupteur.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le module comporte une entrée reliée entre le contacteur et un moteur de démarreur, et une sortie reliée entre le premier générateur de tension et l'amplificateur. Si on le souhaite, l'amplificateur comporte un transistor, notamment de type
MOSFET.
Le cas échéant, le module comporte, en parallèle avec le deuxième générateur de tension et l'interrupteur, un élément de mise au potentiel maximal permettant de s'assurer que le transistor de l'amplificateur soit totalement passant après la fermeture du contact de puissance.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'élément de mise au potentiel maximal comporte en série une diode et une résistance.
Avantageusement le dispositif est agencé de manière à pouvoir maintenir l'alimentation électrique de l'enroulement de maintien après la coupure de l'alimentation de l'enroulement d'appel. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est un schéma bloc illustrant un dispositif de commande selon un premier exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 est un schéma électrique du dispositif de commande de la figure 1 ,
- les figures 3a à 3c illustrent schématiquement la variation en fonction du temps de différents paramètres pour le dispositif de commande de la figure 2,
- la figure 4 est un schéma bloc illustrant un dispositif de commande selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 5 est un schéma électrique du dispositif de commande de la figure 4, et - les figures 6a à 6c illustrent schématiquement la variation en fonction du temps de différents paramètres pour le dispositif de commande de la figure 5.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 sur laquelle le dispositif de commande 10 de démarreur comprend une batterie B, dont la borne négative est reliée à la masse par un conducteur 11 et dont la borne positive est reliée à un contact mobile d'un interrupteur de démarrage K.
Lorsque l'interrupteur K est fermé, la tension Ub délivrée par la batterie B est appliquée à l'entrée d'un générateur de tension 2 dont la sortie est reliée à un amplificateur 3 délivrant un courant la pour la commande d'un contacteur 1 , plus précisément pour la commande d'un enroulement excitateur L.
Le contacteur 1 comporte également un contact de puissance R dont l'une des bornes est reliée au pôle positif de la batterie B, et dont l'autre borne est raccordée au moteur électrique M du démarreur.
L'enroulement L est un enroulement double, comportant un enroulement d'appel La et un enroulement de maintien Lm comme illustré sur la figure 2. Le générateur de tension 2 comporte des moyens de variation du courant de commande la du contacteur 1.
Le dispositif de commande 10 comprend en outre un module 20 de maintien de l'alimentation électrique de l'enroulement d'appel La du contacteur 1 après fermeture du contact de puissance R.
Ce module 20 comporte un générateur 24 de tension variable et un interrupteur 25.
Ce module 20 comprend une entrée 26 reliée entre le contacteur 1 et le moteur M, et une sortie 27 reliée entre le générateur de tension 2 et l'amplificateur 3.
Le générateur de tension 24 est agencé pour créer une rampe de tension.
Ce générateur 24 est alimenté seulement à la fermeture du contact de puissance R.
Dans l'exemple considéré, le générateur 24 fait varier la tension Ut à partir de 0 V et lorsqu'un certain seuil de tension est atteint, commande la fermeture de l'interrupteur 25 permettant de relier l'entrée de l'amplificateur 3 à la masse et donc d'obtenir Ia=O, à savoir la fin de l'alimentation du bobinage d'appel La.
La variation de tension Uc à la sortie du générateur 2 est représentée sur le graphique de la figure 3a, sur lequel on a porté en abscisses le temps t et en ordonnées la tension Uc.
A la fermeture de l'interrupteur K (temps=0), le générateur de tension 2 est agencé de manière à ce que la tension Uc ait une valeur Uo qui est inférieure à la tension de déclenchement ou tension de conjonction du contacteur et à faire croître progressivement la tension Uc de sa valeur initiale Uo jusqu'à la tension de conjonction qui, pour une température de fonctionnement donnée, est comprise entre Uo et la tension batterie Ub.
La borne positive de la batterie B est reliée à un premier plot d'un contact mobile de l'interrupteur de démarrage K commandé de manière classique par la clé de contact du véhicule. L'autre plot de l'interrupteur K est relié, d'une part, via l'enroulement d'appel La au drain d'un transistor MOSFET T1 , et d'autre part, à des résistances R1 et R2, la résistance R2 étant reliée au conducteur de masse 1 1 .
Ce plot de l'interrupteur K est également relié à l'enroulement de maintien Lm, qui lui-même est connecté au conducteur de masse 1 1 .
Un condensateur C1 est interposé en série entre les résistances R1 et R2.
Les résistances R1 et R2 et le condensateur C1 forment le générateur de tension 2.
Ce générateur de tension 2 est relié à la grille du transistor T1 , lequel transistor définit, dans l'exemple considéré, l'amplificateur 3.
Le générateur de tension 24 du module 20 de maintien de l'alimentation électrique comporte une résistance R3 en série avec un condensateur C2.
L'entrée 26 du module 20 est connectée à une borne de la résistance R3.
L'interrupteur 25 comprend un transistor T2 de type MOSFET dont la grille est reliée entre le condensateur C2 et la résistance R3.
La source du transistor T2 est reliée à la masse et le drain du transistor T2 à la grille du transistor T1 .
On va maintenant décrire plus en détail en référence aux figures 3a à 3c le fonctionnement du dispositif de commande 10. A to, fermeture de l'interrupteur K, on a Uc = Uo = R2/(R1 +R2)Ub, Uo correspondant à la valeur de tension à laquelle l'amplificateur 3 commence à laisser passer un courant la>0 (voir graphes 3a et 3b).
En variante, il est envisageable d'avoir Uo = 0, et dans ce cas, un « temps mort » entre to et l'instant où la>0 peut apparaître. Uc augmente et tend asymptotiquement vers Ub.
Le courant la parcourant le bobinage d'appel La augmente au fur et à mesure que Uc augmente.
Le noyau mobile du contacteur 1 commence à se déplacer, et également le lanceur par l'intermédiaire d'un levier du démarreur. Le graphe 3c représente la vitesse V et l'énergie cinétique E du lanceur du démarreur. L'instant où la vitesse V redevient nulle correspond au moment où le pignon arrive contre la face avant de la couronne du moteur thermique.
Le lanceur ne se déplace donc plus, mais le noyau mobile, grâce au ressort dent/dent, continue son déplacement, jusqu'à t1 correspondant à la fermeture du contact de puissance R.
A t1 , Ui passe de 0 à Ub, et le moteur électrique M est alimenté.
Le générateur de tension 24 est également alimenté et la tension Ut augmente et tend asymptotiquement vers Ui.
La forme du signal de tension Ui dépend du comportement du moteur électrique M.
La consommation de courant du moteur électrique M fait chuter la tension Ui.
La forme du signal de courant la entre t1 et t2 suit la forme de Ui.
Le pignon, grâce à la rotation du moteur électrique M, rentre dans la couronne du moteur thermique. A t2, Ut atteint la valeur pour laquelle l'interrupteur 25 passe de l'état ouvert à l'état fermé.
Ainsi, la sortie du générateur de tension 2 est mise à la masse par l'intermédiaire de l'interrupteur 25, soit Uc = 0 et donc la = 0.
Il reste seulement l'alimentation du bobinage de maintien Lm et du moteur électrique M.
On a représenté sur la figure 4 un dispositif de commande se différenciant du dispositif de commande décrit en référence à la figure 1 par le fait que le module 20' de maintien en tension comporte en outre, en parallèle avec le générateur de tension 24 et l'interrupteur 25, un élément 36 de mise au potentiel maximal permettant de s'assurer que le transistor de l'amplificateur soit totalement passant après la fermeture du contact de puissance R pour profiter au maximum de la force du bobinage d'appel La.
Dans l'exemple considéré, comme illustré sur la figure 5, l'élément 36 comporte en série une diode D1 et une résistance R4. On va maintenant décrire plus en détail le fonctionnement du dispositif de commande en référence aux figures 6a à 6c. Entre to et t1 , le fonctionnement est identique à l'exemple précédent.
A t1 , Ui passe de 0 à Ub, donc le moteur électrique M est alimenté.
Le générateur de tension 24 est également alimenté et la tension Ut augmente et tend asymptotiquement vers Ui. La forme du signal de tension Ui dépend du comportement du moteur électrique M.
La consommation de courant du moteur électrique M fait chuter la tension Ui.
Le module 36 de mise au potentiel maximal met la sortie du générateur de tension 2 au potentiel Ui (à la chute de tension près du module 36 lui-même). L'amplificateur 3 ne limite plus la, contrairement à l'exemple précédent, et par conséquent la est plus élevé.
La forme du signal de courant la entre t1 et t2 suit la forme de Ui.
Le pignon, grâce à la rotation du moteur électrique, rentre dans la couronne du moteur thermique. A t2, Ut atteint la valeur pour laquelle l'interrupteur 25 passe de l'état ouvert à l'état fermé. Ainsi, la sortie du générateur de tension 2 est mise à la masse par l'intermédiaire de l'interrupteur 25, soit Uc = 0 et donc la = 0.
Il reste seulement l'alimentation du bobinage de maintien Lm et du moteur électrique M.

Claims

Revendications
1. Dispositif de commande (10) d'un démarreur de véhicule automobile, comportant :
- un premier générateur de tension variable (2),
- un amplificateur en sortie du générateur de tension (3),
- un contacteur (1 ) comportant un enroulement d'appel (La), un enroulement de maintien (Lm) et un contact de puissance (R), le contacteur étant alimenté par l'amplificateur,
- un module (20 ; 20') de maintien de l'alimentation électrique de l'enroulement d'appel du contacteur après fermeture du contact de puissance.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le générateur (2) est agencé pour permettre de générer une rampe de tension à pente positive ou négative.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le module comporte un deuxième générateur de tension variable (24), notamment agencé pour permettre de générer une rampe de tension, et un interrupteur (25).
4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le module comporte une entrée (26) reliée entre le contacteur et un moteur de démarreur, et une sortie (27) reliée entre le premier générateur et l'amplificateur.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'amplificateur (3) comporte un transistor (T1 ), notamment de type MOSFET.
6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le module comporte, en parallèle avec le deuxième générateur de tension et l'interrupteur, un élément (36) de mise au potentiel maximal permettant de s'assurer que le transistor (T1 ) de l'amplificateur soit totalement passant après la fermeture du contact de puissance (R).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément de mise au potentiel maximal (36) comporte en série une diode (D1 ) et une résistance (R4).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé de manière à pouvoir maintenir l'alimentation électrique de l'enroulement de maintien (Lm) après la coupure de l'alimentation de l'enroulement d'appel (La).
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