FR2749451A1 - Procede et dispositif de commande de demarreur de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Procédé de commande d'un moteur électrique (M) de démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on réduit en début de démarrage la tension d'alimentation du moteur électrique (M) du démarreur, de façon à éviter une montée trop rapide de la vitesse de rotation dudit moteur électrique (M).

Description

La présente invention est relative aux procédés et aux dispositifs de commande de démarreurs de véhicule automobile.

Un exemple de démarreur de véhicule automobile a été illustré sur la figure 1.

Un tel démarreur comporte classiquement un moteur électrique M dont l'arbre de sortie porte un pignon 1, ainsi qu'un contacteur 2.

Le pignon 1 est destiné à coopérer avec l'engrenage de la couronne de démarrage du moteur thermique. il est coulissant sur l'arbre du moteur M entre une position où il est désengagé par rapport à ladite couronne de démarrage et une position où il engrène avec celle-ci.

Le contacteur 2 comporte un bobinage 2a et un noyau plongeur 2b.

Il assure la commande de l'alimentation du moteur électrique M par déplacement d'un contact mobile 3 entre une position d'ouverture et une position de fermeture, ledit contact 3 étant poussé par ledit noyau plongeur 2b.

Le contacteur 2 commande également le déplacement du pignon 1 d'une position à l'autre. Son noyau plongeur 2b est relié au pignon 1 par des moyens mécaniques référencés par 4 dans leur ensemble.

Ces moyens mécaniques 4 comportent notamment un ressort 5, qui est mécaniquement interposé entre le noyau plongeur 2b et le pignon 1, et qui permet au noyau plongeur 2b de poursuivre sa course pour assurer la mise en position de fermeture du contact mobile 3, même si le pignon 1 est bloqué en butée contre les dents de la couronne du moteur thermique, dans une position où il n'engrène pas avec ladite couronne.

Néanmoins, compte tenu de la rapidité du mouvement du noyau mobile 2b et de l'élasticité des moyens mécaniques de liaison 4, due à la présence du ressort 5, il peut exister des déphasages importants entre la translation du pignon 1 et la fermeture du contact 3.

Particulièrement à basse température, on peut constater une rotation du moteur électrique M, et donc du pignon 1, avant que ce dernier n'ait eu le temps de pénétrer dans la couronne. Le moteur électrique M étant alimenté sous pleine tension, la vitesse du pignon 1 croît très rapidement, empêchant ainsi l'engrènement du pignon dans la couronne. Il s'ensuit une rapide destruction de la couronne et du pignon.

Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient.

Elle propose à cet effet un procédé de commande d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on réduit en début de démarrage la tension d'alimentation du moteur électrique du démarreur, de façon à éviter une montée trop rapide de la vitesse de rotation dudit moteur électrique.

Ceci permet de laisser le temps au pignon de pénétrer dans la couronne du moteur thermique, lorsque les dents de pignon passent en face des creux de la couronne.

Avec un tel procédé, on évite la détérioration de la couronne de démarrage et du pignon de démarreur.

En outre, ce procédé permet d'améliorer la longévité du démarreur par une alimentation plus progressive que dans les systèmes conventionnels (réduction des arcs électriques, des usures balais, des chocs mécaniques, ...).

Avantageusement, la tension d'alimentation en début de démarrage est une tension hachée dont la valeur crête correspond à la valeur de la tension d'alimentation en régime nominal.

La réduction de la tension d'alimentation peut intervenir pendant une période d'une durée prédéterminée ou pendant un nombre prédéterminé de créneaux de la tension hachée.

L'invention a également pour objet un dispositif de commande du moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réduire la tension d'alimentation dudit moteur électrique en début de démarrage.

Ces moyens sont avantageusement des moyens pour le hachage de la tension d'alimentation dudit moteur électrique.

Dans une variante avantageuse, l'alimentation du moteur électrique étant commandée par un contacteur comportant un bobinage d'appel et un bobinage de maintien dont l'alimentation est elle-même commandée par l'interrupteur de contact du véhicule, les moyens pour le hachage de la tension d'alimentation du moteur électrique comportent des moyens pour inhiber l'alimentation du bobinage de maintien en début de démarrage, le bobinage d'appel étant quant à lui court-circuité par la fermeture du contact mobile du contacteur.

Dans une autre variante avantageuse, l'alimentation du moteur électrique étant commandée par un contacteur à bobinage(s), les moyens de hachage comportent un générateur de créneaux qui en début de démarrage commande de façon hachée l'ouverture et la fermeture d'un interrupteur qui contrôle l'alimentation du ou des bobinages du contacteur.

Dans une autre variante avantageuse encore, l'alimentation du moteur électrique étant commandée par un contacteur à bobinage(s), le dispositif comporte un interrupteur qui contrôle l'alimentation du ou des bobinages du contacteur, ainsi qu'une unité de temporisation qui commande l'ouverture de l'interrupteur à la fermeture du contact mobile du contacteur, ainsi que des moyens pour commander la fermeture de l'interrupteur en l'absence de la commande d'ouverture par l'unité de temporisation.

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
- la figure 1, déjà analysée, est une vue en coupe d'un démarreur de véhicule automobile
- la figure 2 est un schéma d'un système de commande de démarreur conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention
- les figures 3a, 3b et 3c sont des graphes temporels qui illustrent une séquence de signaux de commande du système de la figure 2
- la figure 4 est un schéma d'un système conforme à une autre variante de réalisation possible pour l'invention
- les figures 5a à 5d sont des graphes temporels illustrant les séquences de signaux de commande du système de la figure 4
- la figure 6 est un schéma d'une autre variante de réalisation possible pour le système conforme à l'invention
- les figures 7a à 7e illustrent une séquence de signaux de commande du système de la figure 6.

On a représenté schématiquement sur la figure 2 un moteur électrique M de démarreur D de véhicule automobile, ainsi qu'un contacteur 10, constitué d'un contact mobile 10a, d'un bobinage d'appel 10b et d'un bobinage de maintien 10c.

Le moteur M est relié d'une part à la masse et d'autre part à une borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie par l'intermédiaire du contact 10a.

A une extrémité commune, les bobinages lOb et 10c sont reliés à ladite borne B+ par un interrupteur 11 qui est l'interrupteur de clé de contact.

A son extrémité opposée, l'interrupteur lOb est relié d'une part à un point entre le contact 10a et le moteur électrique M et d'autre part, par l'intermédiaire d'une diode 12 en série avec une résistance 13, à l'entrée e d'une unité de temporisation 14.

Ladite diode 12 est passante du bobinage lOb vers l'entrée e.

L'entrée e est également reliée à un condensateur 15 dont l'autre extrémité est reliée à la masse.

La sortie s de l'unité de temporisation 14 commande un interrupteur T monté entre la masse et l'extrémité du bobinage 10c qui est opposée au bobinage lOb.

Dans l'exemple particulier illustré sur la figure 2, le transistor T est de type bipolaire. Sa base est reliée à la sortie s de l'unité 14 par l'intermédiaire d'une résistance 16, tandis que son émetteur est relié à la masse et son collecteur au bobinage de maintien 10c.

Par ailleurs, la sortie s de l'unité de temporisation 14 est également reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 17.

Le fonctionnement de ce circuit va maintenant être décrit en référence aux figures 3a, 3b et 3c.

On a représenté sur la figure 3a la tension à l'extrémité commune aux bobinages lOb et 10c.

Lorsque l'on ferme l'interrupteur 11 de contact, la tension sur l'entrée e de l'unité de temporisation 14 passe à son niveau haut.

La tension de la sortie s qui commande le transistor T (figure 3b) ne passe quant à elle à son niveau haut qu'à l'issue d'une période de durée tb suivant la fermeture de l'interrupteur 11. La durée tb est par exemple de quelques dixièmes de secondes
Pendant toute cette période, l'interrupteur T, dont la base est à la masse, est bloqué et aucun courant ne passe dans la bobine de maintien 10c.

A la fermeture de l'interrupteur de contact 11, un courant traverse le bobinage lOb, de sorte que le noyau mobile du contacteur déplace le contact 1Oa vers sa position fermée.

Toutefois, la fermeture de l'interrupteur îOa court-circuite la bobine lOb et supprime les forces d'attraction magnétiques qui s'exerçaient sur le noyau mobile, de sorte que ce dernier repart à sa position de repos et ouvre ledit contact lova. Cette ouverture rétablit alors un courant d'appel dans le bobinage lOb.

Par conséquent, ainsi qu'on l'a illustré sur la figure 3c, le démarreur est alimenté par une tension hachée, ce qui réduit sa tension apparente d'alimentation et par conséquent l'accélération angulaire du moteur électrique M.

La période de courant haché est fonction des masses, des ressorts et des inductances en présence.

L'alimentation du moteur M par une tension hachée prend fin à l'issue de la période de durée tb, lorsque la sortie s de l'unité de temporisation 14 passe à son niveau haut. Le transistor T étant fermé, un courant traverse le bobinage de maintien vioc.

Le contact îOa est alors maintenu fermé par l'attraction magnétique exercée sur le noyau dudit contacteur par l'alimentation dudit bobinage lOb et le moteur M est alimenté en continu.

La diode 12 et le circuit RC que constituent la résistance 13 et le condensateur 15 en entrée de l'unité de temporisation 14, permettent de lisser la tension d'entrée de ladite unité, afin de ne pas perturber son fonctionnement.

On se réfère maintenant à la figure 4. Sur le schéma illustré sur cette figure, l'alimentation du moteur électrique M du démarreur est commandée par un contacteur 20 comportant un contact mobile 2Oa, un bobinage d'appel 20b et un bobinage de maintien 20c.

Les bobinages 20b et 20c sont alimentés en tension à une extrémité commune reliée à une borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie par un interrupteur commandé T et un interrupteur de contact 21.

A son autre extrémité, le bobinage 2Ob est relié à un point entre le moteur M et le contact mobile 2Oa. Le bobinage 20c est quant à lui relié à la masse.

L'interrupteur T est commandé par une unité de temporisation 22 et un générateur de créneaux 23 montés en parallèle.

Cette unité 22 et ce générateur 23 sont reliés en entrée à la borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie par l'intermédiaire d'un interrupteur 21.

La sortie de l'unité 22 est reliée par une diode 24 à un point à la sortie du générateur 23 qui commande en tension l'interrupteur T. Ladite diode 24 est conductrice de l'unité 22 vers l'interrupteur T.

Plus particulièrement, l'interrupteur T est un transistor bipolaire, dont la base est reliée audit point commun.

Ladite base est par ailleurs reliée au neutre par l'intermédiaire d'une résistance 26.

On a représenté sur la figure 5a la tension en entrée de l'unité 22 et du générateur 23 et sur la figure 5b, la sortie de l'unité de temporisation 22.

Cette sortie passe à l'état haut après un temps tb à l'issue de la fermeture de l'interrupteur de clé de contact 21.

Par conséquent, lorsque l'on ferme la clé de contact 21, la sortie l'unité de temporisation 22 est dans un premier temps à son niveau bas et est donc sans effet sur le fonctionnement de l'interrupteur T.

Le générateur 23, dont la tension de sortie a été illustrée sur la figure 5c, alimente la base du transistor
T par des créneaux provoquant une succession de blocages et de conductions dudit transistor.

Le contacteur 20 se ferme et s'ouvre au même rythme, d'où une tension moyenne d'alimentation du moteur proportionnelle au rapport cyclique du générateur.

Ce rapport cyclique est ajusté de façon à obtenir la tension moyenne désirée pour le moteur électrique M.

Bien entendu, les temps de conduction et de blocage sont choisis supérieurs au temps de réponse mécanique du contacteur pour assurer le fonctionnement du système.

A l'issue de la période de durée tb, l'unité de temporisation bascule en sortie haute et rend passant le transistor T de façon permanente. Le contacteur 20 reste fermé et alimente ainsi le moteur sous pleine tension pour effectuer le démarrage.

La tension d'alimentation du moteur électrique M a été illustrée sur la figure 5d.

Bien entendu, la commande de démarreur que réalisent l'unité 22 et le générateur 23 peut venir en complément d'une unité 27 de commande et de protection électronique du démarreur comprenant, de façon connue en soi, des fonctions d'arrêt automatique du démarreur, protections thermiques, verrouillage du démarreur lorsque le moteur thermique est en fonctionnement,...

Sur la figure 4, cette unité 27 est montée en parallèle avec l'unité 22 et le générateur 23. En variante, les sorties de l'unité de temporisation 22 et du générateur 23 peuvent agir directement sur cette unité de commande 27 au lieu d'attaquer la base du transistor T.

De plus, l'unité de temporisation 22 peut être remplacée par un compteur d'impulsions permettant d'inhiber après un nombre prédéterminé de hachage de l'alimentation moteur.

On se réfère maintenant à la figure 6 sur laquelle on a illustré une autre variante possible pour la réalisation de l'invention.

L'alimentation du moteur électrique M illustré sur cette figure 6 y est commandée par un contacteur 30, un interrupteur T et un interrupteur de contact 31, montés de la même façon que le contacteur 20, l'interrupteur T et l'interrupteur de contact 21 sur la figure 4.

Le contact mobile et les bobinages d'appel et de maintien du contacteur 30 ont été référencés respectivement par 30a, 30b et 30c.

Dans la variante illustrée sur cette figure 6, l'interrupteur T est commandé par la tension en un point relié à l'interrupteur 31 par une résistance 32 et à la sortie d'une unité de temporisation 33, par l'intermédiaire d'une diode qui est passante de la résistance 32 vers ladite unité 33.

L'entrée de l'unité 33 est reliée à l'extrémité du bobinage d'appel 30b reliée au moteur électrique M.

Par ailleurs, cette unité de temporisation 33 est reliée à une unité 34, dont la sortie inhibe, lorsqu'elle est à un niveau haut, le passage à un niveau bas de la sortie de l'unité 33.

Cette unité 34 est par exemple également une unité de temporisation, dont l'entrée est reliée la borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie par l'intermédiaire de l'interrupteur 31.

Sur la figure 7a, on a représenté la tension au point commun entre la résistance 32 et l'interrupteur 31.

Lorsque l'interrupteur de contact 31 est basculé, le transistor T est rendu passant par la résistance de polarisation 32.

La tension de la sortie s de l'unité de temporisation 33 a été illustrée sur la figure 7b.

Ladite sortie s est au niveau haut tant que l'entrée de l'unité 33 est basse, ce qui est le cas lorsque le contact mobile 30a est ouvert et que l'interrupteur de contact 31 se ferme.

Après la fermeture de l'interrupteur 31, le contact mobile 30a se ferme après un temps "tf" qui représente le temps de réponse électromécanique du contacteur 30.

Cette fermeture fait immédiatement passer la sortie s de l'unité 33 à son niveau bas, ce qui entraîne le blocage du transistor T et permet la réouverture du contacteur après un temps "to" qui représente le temps de réponse électromécanique du contacteur 30.

Le transistor T reste bloqué tant que l'unité de temporisation n'a pas rebasculé sur sa tension haute à l'issue d'un temps de temporisation prédéterminé "tb.

Le transistor T redevient alors passant et un nouveau cycle s'opère.

Le contacteur 30 fonctionne ainsi de façon hachée, avec un temps de fermeture qui est fonction de son temps de réponse.

Par rapport à la variante de réalisation illustrée sur la figure 4, cette variante permet de réduire au minimum le temps de fermeture du contacteur, et de disposer d'une fréquence de hachage plus élevée.

Puis, à l'issue du temps de temporisation de l'unité 34, l'unité de temporisation 33 est inhibée et sa sortie reste en permanence au niveau haut, ce qui supprime l'effet de hachage.

La tension en sortie de l'unité de temporisation 15 a été illustrée sur la figure 7c, la tension de commande du transistor T et l'alimentation du moteur M ayant quant à elles été représentées sur les figures 7d et 7e.

Bien entendu, de la même façon que dans le cas du dispositif de la figure 4, les moyens 32 à 34 qui commandent le transistor T peuvent compléter une unité classique de gestion de l'alimentation du moteur M (unité de gestion 35 sur la figure 6).

De plus, l'unité de temporisation 34 peut être remplacée par un compteur d'impulsions permettant d'inhiber l'unité 33 après un nombre prédéterminé de hachage de l'alimentation du moteur.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande d'un moteur électrique (M) de démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on réduit en début de démarrage la tension d'alimentation du moteur électrique (M) du démarreur, de façon à éviter une montée trop rapide de la vitesse de rotation dudit moteur électrique (M).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation en début de démarrage est une tension hachée dont la valeur crête correspond à la valeur (B+) de la tension d'alimentation en régime nominal.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réduction de la tension d'alimentation intervient pendant une période (tb) d'une durée prédéterminée.

4. Procédé selon la revendications 2, caractérisé en ce que la réduction de la tension d'alimentation intervient pendant un nombre prédéterminé de créneaux de la tension hachée.

5. Dispositif de commande du moteur électrique (M) d'un démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12 à 17 ; T, 22 à 27 ; T, 32 à 35) pour réduire la tension d'alimentation dudit moteur électrique (M) en début de démarrage.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces moyens (12 à 17 ; T, 22 à 27

T, 32 à 35) comportent des moyens pour le hachage de la tension d'alimentation dudit moteur électrique (M).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, l'alimentation du moteur électrique (M) étant commandée par un contacteur (10) comportant un bobinage d'appel (lOb) et un bobinage de maintien (vioc) dont l'alimentation est elle-même commandée par l'interrupteur de contact (11) du véhicule, les moyens pour le hachage de la tension d'alimentation du moteur électrique (M) comportent des moyens (14) pour inhiber l'alimentation du bobinage de maintien en début de démarrage, le bobinage d'appel étant quant à lui court circuité par la fermeture du contact mobile (lova) du contacteur (10).

8. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, l'alimentation du moteur électrique (M) étant commandée par un contacteur (20) à bobinage(s) (20b, 20c), les moyens de hachage comportent un générateur de créneaux (23) qui en début de démarrage commande de façon hachée l'ouverture et la fermeture d'un interrupteur (T) qui contrôle l'alimentation du ou des bobinages (20b, 20c) du contacteur (20).

9. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'alimentation du moteur électrique (M) étant commandée par un contacteur (30) à bobinage(s) (30b, 30c), il comporte un interrupteur (T) qui contrôle l'alimentation du ou des bobinages (30b, 30c) du contacteur (30), ainsi qu'une unité de temporisation (33) qui commande l'ouverture de l'interrupteur (T) à la fermeture du contact mobile (30a) du contacteur (30), ainsi que des moyens (32) pour commander la fermeture de l'interrupteur (T) en l'absence de la commande d'ouverture par l'unité de temporisation (33).