EP0848160B1 - Perfectionnements à la commande de la coupure d'un démarreur de véhicule automobile - Google Patents

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EP0848160B1
EP0848160B1 EP97402984A EP97402984A EP0848160B1 EP 0848160 B1 EP0848160 B1 EP 0848160B1 EP 97402984 A EP97402984 A EP 97402984A EP 97402984 A EP97402984 A EP 97402984A EP 0848160 B1 EP0848160 B1 EP 0848160B1
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voltage
during
ripples
value
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Gérard Vilou
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0848—Circuits or control means specially adapted for starting of engines with means for detecting successful engine start, e.g. to stop starter actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/044—Starter current

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the automatic shutdown of a starter of motor vehicle.
  • the acyclism represented in FIG. 1 occurs at the start of the starter operation: the peak C 1 at the start of compression is embedded in the rising edge of the second peak C 2 .
  • the starter will be prematurely stopped, before engine start, forcing the driver to try to start again.
  • the invention proposes an order for the shutdown of a motor vehicle starter, according to which we detect the ripples of a signal corresponding to the starter voltage or current and we cut the starter when these ripples disappear, which overcomes these drawbacks.
  • the solution according to the invention consists in that determines on the signal successive durations during which the tension is constantly increasing and we switches off the starter when one of these durations becomes greater than a given threshold and in what we give to this threshold of distinct values on the one hand during a polling period triggered when the starter contactor and on the other hand beyond this polling period, the polling period being of a chosen duration sufficient to encompass cases where the first and second beginning ripples of compression are substantially confused.
  • the invention also relates to a device for controlling the shutdown of a starter comprising a management unit which includes means for detecting the ripples of a signal corresponding to the voltage or to the intensity of the starter and the means to cut the starter when these ripples disappear, characterized in that this management unit implements the aforementioned treatment.
  • the invention also relates to a starter for motor vehicle comprising such a device.
  • FIG. 3 illustrates a device for controlling the supply of a starter DM which comprises an electric motor M mounted between a supply terminal B + at the voltage of the vehicle battery and ground.
  • This device comprises a contactor 1 mounted between the terminal B + of supply to the voltage U of the battery and the starter DM.
  • This contactor 1 is a relay actuated by a winding 2. One of the ends of this winding 2 is connected to the supply terminal B + . Its other end is connected on the one hand to the source of a MOSFET transistor 3 and on the other hand to a coil 5 connected to ground.
  • the drain of transistor 3 is connected to the supply terminal B + . Its gate is connected to the output of a unit 4, from which it receives a control voltage.
  • the unit 4 is for example a microprocessor.
  • transistor 3 could be replaced by any other type of switch.
  • the unit 4 generates said control voltage as a function on the one hand of the undulations of the voltage of the supply terminal B + , and on the other hand of the position of the contactor actuated by the ignition key (switch 6).
  • control unit 4 The processing carried out by the control unit 4 will now be described in detail with reference to Figures 4 and 5.
  • This treatment implements two strategies different depending on whether you are at the beginning of the starter operation or during phase normal training.
  • a polling window of a predetermined duration D ini is opened from the activation of the starter (time T 0 for which the closing of the contactor 1 occurs).
  • Unit 4 determines the durations dS 1 , dS 2 , etc. in this polling window. periods during which the voltage U of the supply terminal B + is constantly increasing. These periods correspond to the representations in mixed lines on the curve of the undulations.
  • these determinations do not start directly at time T 0 , but at a time T 0 + t ini , where t ini is chosen so as to eliminate the entire unstable period of the current draw at the time of powering up the starter motor M.
  • the unit 4 implements over the entire scanning window D ini a sampling of the voltage U and a count which is reset to zero each time a decrease occurs .
  • This constant dU has a value between 50 and 200 millivolts.
  • the starter is deactivated.
  • TS 1 is of course less than D ini and is experimentally predetermined as a function of the maximum possible values for T 1 (FIG. 1).
  • the value of TS 1 is indexed to the temperature according to a determined law or table of values.
  • the unit 4 stores the maximum value UC max of the voltage U on the different peaks encountered.
  • the unit 4 If at the end of the polling window D ini the unit 4 has not commanded the cut-off of the starter, it continues its processing in the following manner.
  • the starter is deactivated when a duration of S exceeds a predetermined value TS 2 .
  • This value TS 2 can be a fixed value for the entire period after the polling window D ini .
  • It can also be a function of the period appearance of the previous undulations, for example being a fraction of the time between the last two peaks, this duration being determined by a counting implemented by unit 4.
  • the value (s) of TS 2 may be weighted by a coefficient depending on the ambient temperature of the heat engine. Thus, at low temperature, it will be interesting to increase TS 2 to ensure a clean and complete start before stopping the starter.
  • FIG. 5 An organization chart allowing the implementation of the treatment is given by way of example in FIG. 5.
  • a first step 10 we initialize the microprocessor which constitutes unit 4 and we measure the starter temperature.
  • step 11 the microprocessor 4 determines the durations D ini , TS 1 and TS 2 as a function of the temperature measured in step 10.
  • unit 4 commands the closing of the contactor 1 (starter activation step 12).
  • the unit 4 After a time delay up to a time T 0 + t ini (step 13), the unit 4 searches for the first series of voltage samples which is increasing for a duration TS 1 during the polling window up to D ini and for a time TS 2 beyond this polling window (step 14).
  • unit 4 finds a sequence checking the above conditions, it commands the end of activation of the starter (output 15). She continues her research if not.
  • control unit 4 can be integrated into the starter or be constituted by another motor vehicle unit, for example the unit of thermal engine control.
  • the starter cut-out command motor vehicle which has just been described present other benefits than those that have been previously exposed: it is independent of the internal combustion engine vehicle, its number of cylinders and its displacement, aging of the battery and wiring, as well as starter technology and power.

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Description

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour la coupure automatique d'un démarreur de véhicule automobile.
Habituellement, la coupure de l'entraínement du moteur thermique par le démarreur est commandée par l'utilisateur du véhicule qui relâche la clé de contact lorsque le moteur thermique fait un bruit caractéristique.
Toutefois, la tendance à rendre les moteurs thermiques de plus en plus silencieux fait qu'il devient difficile pour l'utilisateur de détecter la fin du démarrage. Il en résulte une sollicitation plus sévère du démarreur.
On connaít déjà de nombreux dispositifs pour couper un démarreur de véhicule automobile lorsque le moteur thermique a démarré et est suffisamment autonome pour atteindre de lui-même son régime de ralenti.
Les plus performants de ces dispositifs mettent généralement en oeuvre une analyse des ondulations de la tension d'alimentation du démarreur, ondulations qui sont dues aux variations d'intensité absorbées par le démarreur lors des compressions du moteur thermique avant le démarrage de celui-ci. Un tel dispositif est connu pour DE-A-19 503 537.
On sait qu'en fin de période d'entraínement, lors des premières explosions, le moteur monte rapidement en régime.
Pour obtenir une coupure rapide de l'alimentation du démarreur dès que le moteur thermique est suffisamment lancé, il a déjà été proposé dans la demande de brevet français déposée par la demanderesse sous le n° 96 11792 (correspond au EP-A-0 833 051 non pré-publié) une stratégie de coupure selon laquelle on déclenche une période de scrutation pour chaque nouvelle ondulation et on coupe le démarreur lorsqu'aucun extremum n'est détecté dans cette période de scrutation. La durée de la période de scrutation est par exemple proportionnelle à la durée de l'ondulation précédente.
Toutefois, cette stratégie ne permet pas de régler les cas d'acyclismes du type de ceux représentés sur les figures 1 et 2.
L'acyclisme représenté sur la figure 1 se produit en début du fonctionnement du démarreur : la crête C1 de début de compression est noyée dans le front montant de la deuxième crête C2.
Dans ce cas l'analyse de la durée T1 pour atteindre la crête est faussée et la période de scrutation D1 déterminée pour le cycle suivant est beaucoup plus longue que nécessaire.
Par conséquent, si le démarrage intervient à ce moment là, la décision d'arrêt prise en fin de période de scrutation est tardive, ce qui réduit fortement les avantages attendus par la commande électronique (réduction des usures, réduction des bruits de roue libre, ...).
L'acyclisme représenté sur la figure 2 se produit quant à lui pendant la phase d'entraínement, en cas de démarrage difficile. Une explosion non suivie d'autres explosions entraíne un rapprochement ponctuel de deux crêtes de tension successives (crêtes C3 et C4 sur la figure 3). De ce fait, la première de ces crêtes (crête C3) risque de ne pas être détectée sur la période de scrutation D2 qui lui correspond.
Il y a par conséquent un risque que le rapprochement des deux explosions soit interprété comme un démarrage du moteur.
Le démarreur sera prématurément arrêté, avant le démarrage moteur, obligeant alors le conducteur à renouveler sa tentative de démarrage.
En outre, le temps T3 utilisé pour la détermination de la durée de scrutation suivante est également faussée.
L'invention propose quant à elle une commande de la coupure d'un démarreur de véhicule automobile, selon laquelle on détecte les ondulations d'un signal correspondant à la tension ou à l'intensité du démarreur et on coupe le démarreur lorsque ces ondulations disparaissent, ce qui permet de pallier ces inconvénients.
La solution selon l'invention consiste en ce qu'on détermine sur le signal des durées successives pendant lesquelles la tension est constamment croissante et on coupe le démarreur lorsque l'une de ces durées devient supérieure à un seuil donné et en ce qu'on donne à ce seuil des valeurs distinctes d'une part pendant une période de scrutation déclenchée à la fermeture du contacteur du démarreur et d'autre part au delà de cette période de scrutation, la période de scrutation étant d'une durée choisie suffisante pour englober les cas où la première et la deuxième ondulations de début de compression sont sensiblement confondues.
La mise en oeuvre de ces deux stratégies différentes au début du fonctionnement du démarreur et pendant la phase d'entraínement normal permet d'éliminer des arrêts précoces ou au contraire trop tardifs qui pourraient sinon être engendrés par des acyclismes du signal de tension.
Ce procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes leurs combinaison techniquement possibles :
  • les valeurs du seuil pendant la période de scrutation et au delà de celle-ci sont fonction de la température ;
  • au-delà de la période de scrutation, la valeur seuil est fonction pour chaque nouvelle ondulation d'une (ou de) durée(s) de l'ondulation (ou des ondulations) précédente(s) ;
  • pendant la période de scrutation, on ne commence à déterminer les durées successives pendant lesquelles la tension est constamment croissante qu'après un temps d'initialisation donné ;
  • pendant la période de scrutation et au-delà, on mémorise les valeurs de signal correspondant à la valeur maximale des tensions crêtes et au delà de la période de scrutation, on ne détermine une durée pendant laquelle la tension est constamment croissante, qu'à partir de l'instant où le signal atteint la valeur précédemment mémorisée correspondant à la valeur de tension crête maximale ;
  • le signal sur lequel on détecte les ondulations est la tension d'alimentation du démarreur ;
  • pour déterminer les durées pendant lesquelles la tension est constamment croissante, on échantillonne ladite tension et on considère qu'il y a décroissance si la dernière valeur mesurée est inférieure à la valeur précédente diminuée d'une valeur constante dU et qu'il y a croissance sinon ;
  • la valeur constante dU est comprise entre 50 et 200 millivolts.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la commande de la coupure d'un démarreur comportant une unité de gestion qui comporte des moyens pour détecter les ondulations d'un signal correspondant à la tension ou à l'intensité du démarreur et des moyens pour couper le démarreur lorsque ces ondulations disparaissent, caractérisé en ce que cette unité de gestion met en oeuvre le traitement précité.
L'invention concerne également un démarreur de véhicule automobile comportant un tel dispositif.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • les figures 1 et 2, déjà analysées, sont des graphes sur lesquels on a porté des exemples d'évolution acycliques de la tension du démarreur en fonction du temps lors d'une phase de démarrage ;
  • la figure 3 est un schéma d'un dispositif de commande de coupure d'un démarreur conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention ;
  • la figure 4 est un graphe sur lequel on a porté un exemple d'évolution de la tension du démarreur en fonction du temps, qui illustre une mise en oeuvre conforme à l'invention ;
  • la figure 5 est un organigramme d'un traitement permettant une mise en oeuvre de l'invention.
On a illustré sur la figure 3 un dispositif pour la commande de l'alimentation d'un démarreur DM qui comporte un moteur électrique M monté entre une borne d'alimentation B+ à la tension de la batterie du véhicule et la masse.
Ce dispositif comporte un contacteur 1 monté entre la borne B+ d'alimentation à la tension U de la batterie et le démarreur DM.
Ce contacteur 1 est un relais actionné par un bobinage 2. L'une des extrémités de ce bobinage 2 est reliée à la borne d'alimentation B+. Son autre extrémité est reliée d'une part à la source d'un transistor MOSFET 3 et d'autre part à un bobinage 5 relié à la masse.
Le drain du transistor 3 est relié à la borne d'alimentation B+. Sa grille est reliée à la sortie d'une unité 4, dont elle reçoit une tension de commande. L'unité 4 est par exemple un microprocesseur.
Bien entendu, le transistor 3 pourrait être remplacé par tout autre type d'interrupteur.
Dans l'exemple illustré sur ces figures, l'unité 4 génère ladite tension de commande en fonction d'une part des ondulations de la tension de la borne d'alimentation B+, et d'autre part de la position du contacteur actionné par la clé de contact (contacteur 6).
Le traitement que réalise l'unité de commande 4 va maintenant être décrit de façon détaillée en référence aux figures 4 et 5.
Ce traitement met en oeuvre deux stratégies différentes selon que l'on se trouve au début du fonctionnement du démarreur ou pendant la phase d'entraínement normal.
Début de fonctionnement démarreur
Une fenêtre de scrutation d'une durée prédéterminée Dini est ouverte à partir de l'activation du démarreur (temps T0 pour lequel la fermeture du contacteur 1 intervient).
L'unité 4 détermine dans cette fenêtre de scrutation les durées dS1, dS2, etc. des périodes pendant lesquelles la tension U de la borne d'alimentation B+ est constamment croissante. Ces périodes correspondent aux représentations en traits mixtes sur la courbe des ondulations.
Préférentiellement, ces déterminations ne commencent pas directement au temps T0, mais à un temps T0+tini, où tini est choisi de façon à éliminer toute la période instable de l'appel de courant au moment de la mise sous tension du moteur M du démarreur.
Pour déterminer les durées dS1, dS2, etc., l'unité 4 met en oeuvre sur toute la fenêtre de scrutation Dini un échantillonnage de la tension U et un comptage qui est remis à zéro à chaque fois qu'une décroissance apparaít.
Elle considère qu'il y a décroissance si la dernière valeur mesurée est inférieure à la valeur précédente diminuée d'une valeur constante dU et qu'il y a croissance sinon.
Cette constante dU est d'une valeur comprise entre 50 et 200 millivolts.
L'intérêt de cette constante dU est de permettre de masquer les parasites du signal sans fausser l'analyse.
Dès que la durée dS d'une suite croissante dépasse une valeur prédéterminée TS1, le démarreur est désactivé.
TS1 est bien entendu inférieure à Dini et est prédéterminé expérimentalement en fonction des valeurs maximales envisageables pour T1 (figure 1).
Ainsi, si le démarrage a lieu pendant la fenêtre de scrutation initiale Dini, le démarreur est arrêté au bout d'un temps fixe TS1 qui permet de s'affranchir des irrégularités citées précédemment et de ne pas avoir des temps de coupure anormalement longs.
Avantageusement, la valeur de TS1 est indexée à la température suivant une loi ou une table de valeurs déterminée.
Entraínement normal
Pendant toute la période Dini et au-delà de celle-ci, l'unité 4 mémorise la valeur maximale UCmax de la tension U sur les différentes crêtes rencontrées.
Si à l'issue de la fenêtre de scrutation Dini l'unité 4 n'a pas commandé la coupure du démarreur, elle poursuit son traitement de la façon suivante.
Pour chaque nouveau front montant, elle commence un décompte de la durée d'S pendant laquelle la tension U de la borne d'alimentation B+ est constamment croissante, à partir de l'instant où la tension U a atteint la valeur UCmax précédemment mémorisée.
Le démarreur est désactivé lorsqu'une durée d'S dépasse une valeur prédéterminée TS2.
Cette valeur TS2 peut être une valeur fixe pour toute la période postérieure à la fenêtre de scrutation Dini.
Elle peut également être fonction de la période d'apparition des ondulations précédentes, par exemple être une fraction de la durée entre les deux dernières crêtes, cette durée étant déterminée par un comptage mis en oeuvre par l'unité 4.
Egalement, la ou les valeurs de TS2 pourront être pondérées par un coefficient fonction de la température ambiante du moteur thermique. Ainsi, à basse température, il sera intéressant de majorer TS2 pour s'assurer d'un démarrage franc et complet avant d'arrêter le démarreur.
On notera qu'en commençant le décompte d'une durée d'S qu'à partir de l'instant où la tension U devient supérieure à la valeur Ucmax précédemment mémorisée, on élimine le bas de la partie de courbe de tension dont la durée peut être variable suivant les conditions de démarrage et on dispose par conséquent d'une meilleure précision.
Un organigramme permettant la mise en oeuvre du traitement est donné à titre d'exemple sur la figure 5.
Dans une première étape 10, on initialise le microprocesseur qui constitue l'unité 4 et on mesure la température du démarreur.
Dans une deuxième étape (étape 11), le microprocesseur 4 détermine les durées Dini, TS1 et TS2 en fonction de la température mesurée à l'étape 10.
Puis, l'unité 4 commande la fermeture du contacteur 1 (étape 12 d'activation du démarreur).
Après une temporisation jusqu'à un temps T0 + tini (étape 13), l'unité 4 recherche la première suite d'échantillons de tensions qui est croissante pendant une durée TS1 pendant la fenêtre de scrutation allant jusqu'à Dini et pendant un temps TS2 au-delà de cette fenêtre de scrutation (étape 14).
Simultanément, elle détermine et stocke au fur et à mesure des échantillonnages la valeur de la tension crête maximale UCmax.
Lorsque l'unité 4 trouve une suite vérifiant les conditions précitées, elle commande la fin de l'activation du démarreur (sortie 15). Elle poursuit sa recherche sinon.
D'autres variantes de mises en oeuvre et de réalisation de l'invention sont bien entendu possibles.
En particulier, au lieu d'une détection des ondulations sur le signal de tension, on pourrait mettre en oeuvre le traitement proposé par l'invention sur un signal correspondant à l'intensité absorbée par le démarreur, étant donné que les variations de cette intensité sont inverses de celles de la tension.
Bien entendu, l'unité de commande 4 peut être intégrée au démarreur ou être constituée par une autre unité du véhicule automobile, par exemple l'unité de contrôle du moteur thermique.
Par ailleurs, la commande de coupure de démarreur de véhicule automobile qui vient d'être décrite présente d'autres avantages que ceux qui ont été précédemment exposés : elle est indépendante du moteur thermique du véhicule, de son nombre de cylindre et de sa cylindrée, du vieillissement de la batterie et du câblage, ainsi que de la technologie et de la puissance du démarreur.

Claims (10)

  1. Procédé pour la commande de la coupure d'un démarreur de véhicule automobile, selon lequel on détecte les ondulations d'un signal correspondant à la tension ou à l'intensité du démarreur et on coupe le démarreur lorsque ces ondulations disparaissent, caractérisé en ce qu'on détermine sur le signal des durées successives pendant lesquelles la tension est constamment croissante et on coupe le démarreur lorsque l'une de ces durées devient supérieure à un seuil donné et en ce qu'on donne à ce seuil des valeurs distinctes d'une part pendant une période de scrutation déclenchée à la fermeture du contacteur du démarreur et d'autre part au delà de cette période de scrutation, la période de scrutation étant d'une durée choisie suffisante pour englober les cas où la première et la deuxième ondulations de début de compression sont sensiblement confondues.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs du seuil pendant la période de scrutation et au delà de celle-ci sont fonction de la température.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, au-delà de la période de scrutation, la valeur seuil est fonction pour chaque nouvelle ondulation d'une ou de durées de l'ondulation ou des ondulations précédentes.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pendant la période de scrutation, on ne commence à déterminer les durées successives pendant lesquelles la tension est constamment croissante qu'après un temps d'initialisation donné.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant la période de scrutation et au-delà, on mémorise les valeurs de signal correspondant à la valeur maximale des tensions crêtes et en ce qu'au delà de la période de scrutation, on ne détermine une durée pendant laquelle la tension est constamment croissante, qu'à partir de l'instant où le signal atteint la valeur précédemment mémorisée correspondant à la valeur de tension crête maximale.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal sur lequel on détecte les ondulations est la tension d'alimentation du démarreur.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour déterminer les durées pendant lesquelles la tension est constamment croissante, on échantillonne ladite tension et on considère qu'il y a décroissance si la dernière valeur mesurée est inférieure à la valeur précédente diminuée d'une valeur constante dU et qu'il y a croissance sinon.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur constante dU est comprise entre 50 et 200 millivolts.
  9. Dispositif pour la commande de la coupure d'un démarreur comportant une unité de gestion qui comporte des moyens pour détecter les ondulations d'un signal correspondant à la tension ou à l'intensité du démarreur et des moyens pour couper le démarreur lorsque ces ondulations disparaissent, caractérisé en ce que cette unité de gestion met en oeuvre le traitement selon l'une des revendications précédentes.
  10. Démarreur de véhicule automobile comportant un dispositif selon la revendication 9.
EP97402984A 1996-12-12 1997-12-10 Perfectionnements à la commande de la coupure d'un démarreur de véhicule automobile Expired - Lifetime EP0848160B1 (fr)

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FR9615275 1996-12-12
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EP0848160A1 EP0848160A1 (fr) 1998-06-17
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