FR3067409A1

FR3067409A1 - Procede de synchronisation du regime d’un demarreur dans un vehicule equipe d’un systeme d’arret et de redemarrage automatique du moteur thermique

Info

Publication number: FR3067409A1
Application number: FR1755096A
Authority: FR
Inventors: Djamel Khiar
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: FR3067409B1

Abstract

L invention concerne un système d arrêt et de redémarrage automatique de moteur thermique faisant appel à un démarreur, le démarreur comprenant un pignon lanceur pouvant être mis en rotation par couplage mécanique avec un moteur électrique du démarreur et engagé ensuite dans une couronne dentée du moteur thermique. Le procédé comprend la détermination d une zone cible de régime (AE2) pour l engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée en fonction du régime moteur (Nmot) du moteur thermique, et le lancement d une pré-rotation de synchronisation (S3, PRE-ROT) du pignon lanceur pendant une durée de pré-rotation (TA) déterminée pour amener le régime (Ndem) du pignon lanceur à un régime cible de rotation, la durée de pré-rotation (TA) étant déterminée par un modèle prédictif (S4, CART) en fonction de la tension d alimentation (VBAT) du moteur électrique et du régime cible de rotation. Conformément à l invention, le régime moteur (Nmot) est mesuré en temps réel.

Description

PROCÉDÉ DE SYNCHRONISATION DU RÉGIME D’UN DÉMARREUR DANS UN VÉHICULE ÉQUIPÉ D’UN SYSTÈME D’ARRÊT ET DE REDÉMARRAGE AUTOMATIQUE DU MOTEUR THERMIQUE [001] L’invention concerne de manière générale le domaine des démarreurs de moteur thermique pour les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de synchronisation du démarreur d'un véhicule automobile muni d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique de son moteur thermique.

[002] Comme il est connu, un démarreur comporte un pignon lanceur qui est couplé par une roue libre à son arbre moteur. Pour assurer le démarrage du moteur thermique, le pignon lanceur doit préalablement être engrené avec la couronne dentée du volant moteur. Dans les démarrages classiques intervenant alors que le moteur thermique est à l’arrêt complet, l’engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée du moteur thermique ne pose pas de problème particulier dans l’état de la technique.

[003] Le développement des systèmes d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, dits « Stop & Start >> ou « Stop & Go >> en anglais, a fait naître le besoin de démarreurs capables de redémarrer rapidement le moteur thermique sans attendre l’arrêt complet de celui-ci. Ces démarreurs sont connus par l’homme du métier comme étant du type dit « Change of Mind >> en anglais ou « COM >>. Typiquement, les démarreurs COM sont de type dit « double solénoïde >>, ou « tandem solenoid >> en anglais, et autorisent des commandes séparées pour la rotation de l’arbre moteur et pour l’engagement du pignon lanceur. Le redémarrage COM requiert un démarreur dont le régime de rotation du pignon lanceur puisse être synchronisé avec celui du moteur thermique. En effet, l’engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée n'est possible que lorsque les vitesses linéaires des dents du pignon et des dents de la couronne sont proches.

[004] Par de brevet français FR2971554B1, il est connu un procédé de pilotage de démarreur dans un véhicule équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique. Dans ce procédé, le régime du moteur thermique est estimé à partir d’une modélisation de son profil de décroissance lors de l’arrêt du moteur thermique. Une zone de régime cible pour l’engagement du pignon lanceur est déterminée dans le profil de décroissance du régime du moteur thermique. Une pré-rotation de synchronisation du pignon lanceur est ensuite lancée selon un mode balistique. L’objectif de la pré-rotation de synchronisation est d’amener le régime de rotation du pignon lanceur dans la zone de régime cible déterminée pour l’engagement. La durée de la pré-rotation de synchronisation du pignon lanceur est déterminée par cartographie en fonction de la tension d’alimentation du démarreur et du régime cible à atteindre. Dans ce procédé, la synchronisation et la décision d’engagement du pignon lanceur repose sur des estimations de régime et, en particulier, sur une estimation du régime du moteur thermique qui peut présenter une incertitude non négligeable.

[005] Il est souhaitable d’améliorer la précision de la synchronisation des régimes moteurs et démarreur pour assurer un engagement rapide et en douceur du pignon lanceur dans la couronne dentée et obtenir ainsi de meilleures prestations acoustiques et vibratoires. En effet, un démarreur COM ayant de bonnes prestations acoustiques et vibratoires peut être qualifié pour se substituer à un alterno-démarreur plus coûteux dans un véhicule équipé d’un système d'arrêt et de redémarrage automatique de son moteur thermique.

[006] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de synchronisation du régime d’un démarreur de moteur thermique dans un véhicule équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique de moteur thermique, le démarreur comprenant un pignon lanceur pouvant être mis en rotation par couplage mécanique avec un moteur électrique du démarreur et engagé ensuite dans une couronne dentée du moteur thermique, le procédé comprenant la détermination d’une zone cible de régime pour l’engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée en fonction du régime moteur du moteur thermique, et le lancement d’une pré-rotation de synchronisation du pignon lanceur pendant une durée de pré-rotation déterminée pour amener le régime du pignon lanceur à un régime cible de rotation, la durée de pré-rotation étant déterminée par un modèle prédictif en fonction de la tension d’alimentation du moteur électrique et du régime cible de rotation. Conformément à l’invention, le régime moteur est mesuré en temps réel.

[007] Selon une caractéristique particulière, la zone cible de régime est déterminée entre deux points morts hauts successifs d’une courbe de décroissance du régime moteur.

[008] Selon une autre caractéristique particulière, la détermination de la zone cible de régime pour l’engagement du pignon lanceur est également faite en fonction d’une mesure de l’angle de rotation du vilebrequin du moteur thermique.

[009] Selon encore une autre caractéristique particulière, les mesures du régime moteur et de l’angle de rotation sont fournies par un capteur de vilebrequin du moteur thermique.

[0010] Selon encore une autre caractéristique particulière, la durée de pré-rotation est déterminée par le modèle prédictif en fonction aussi de la température.

[0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, le procédé comprend également une commande à hystérésis de l’alimentation du moteur électrique en fonction d’un écart de régime égal au régime moteur mesuré en temps réel moins le régime du pignon lanceur.

[0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, la commande à hystérésis comporte des premier et deuxième seuils de commutation correspondant respectivement à un écart de régime minimum et un écart de régime maximum, les écarts de régime minimum et maximum ayant chacun une valeur positive respective.

[0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, le régime du pignon lanceur est estimé à l’aide d’un modèle prédictif.

[0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, le modèle prédictif comporte au moins un filtre du premier ordre pour estimer des variations du régime du pignon lanceur.

[0015] L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un système d'arrêt et de redémarrage automatique de moteur thermique dans lequel est mis en œuvre le procédé tel que décrit brièvement ci-dessus.

[0016] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers du procédé selon l’invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la Fig.1 représente des courbes de régime d’un moteur thermique en phase d’arrêt et d’un démarreur commandé selon le procédé de synchronisation selon l’invention ;

- les Fig.2A à 2C représentent des signaux de commande utilisés dans le procédé de synchronisation selon l’invention ;

- la Fig.3 représente un algorithme du procédé de synchronisation selon l’invention ; et

- la Fig.4 représente une commande à hystérésis utilisée dans le procédé de synchronisation selon l’invention.

[0017] Lorsqu’un redémarrage est requis alors que le moteur est en phase d’arrêt, l’unité de contrôle moteur du véhicule détermine en premier lieu, en fonction du régime du moteur thermique (dit « régime moteur par la suite), si le redémarrage peut être obtenu en réinjectant du carburant dans les cylindres ou s’il est nécessaire d’avoir recours au démarreur. Lorsque le recours au démarreur est nécessaire, l’unité de contrôle moteur doit d’abord déterminer si un redémarrage COM est possible compte-tenu du régime moteur. Dans le cas contraire, l’unité de contrôle moteur attendra un arrêt complet du moteur thermique pour lancer le redémarrage.

[0018] Comme montré aux Figs.1 et 2A, la demande de redémarrage CD intervient à un temps tO correspondant à un point PO sur la courbe de décroissance CN_mo, du régime moteur. Lorsque la demande de redémarrage CD intervient, un profil de la courbe de décroissance CN_mo, est déterminé par l’unité de contrôle moteur en utilisant un modèle prédictif auquel le régime moteur N_mo, et l’angle de rotation Θ du vilebrequin au point PO sont fournis en entrée. Le régime moteur N_mo, et l’angle de rotation Θ sont mesurés en temps réel pour la mise en oeuvre du procédé de l’invention.

[0019] Dans le profil de la courbe de décroissance CN_mot, des zones cibles de régime, EA1 et EA2 dans cet exemple, sont déterminées comme étant adaptées pour l’obtention d’une synchronisation des régimes pour un redémarrage COM. Les zones cibles doivent également être adaptées pour un engagement du pignon lanceur qui devra intervenir alors que celui est en régime de chute libre et dans une portion décroissante (à pente négative) de la courbe CN_mot. Comme montré à la Fig.1, les zones cibles de régime sont sélectionnées dans des portions de courbe comprises entre des points morts hauts PMH successifs des pistons du moteur thermique. Plus précisément, les zones cibles de régime sont établies entre un point de la courbe situé à +ΔΘ d’un point PMH considéré et un autre point de la courbe situé à -+ΔΘ avant le point PMH suivant, θ étant l’angle de rotation du vilebrequin du moteur thermique qui est mesuré en temps réel.

[0020] Les zones cibles doivent également être sélectionnées dans un intervalle de régime moteur qui est défini par un régime moteur maximum NM_max et un régime moteur minimum NM_min. La plage de régime moteur donnée par l’intervalle [NM_max, NM_min] est une plage compatible avec un redémarrage COM. L’unité de contrôle sélectionne parmi les zones cibles retenues, EA1 et EA2 ici, celle qui est la plus proche du régime moteur N_mot, correspondant au point PO, et qui est atteignable par le démarreur compte-tenu de la durée de sa montée en régime. Dans cet exemple de la Fig.1, la zone cible EA2, compatible pour un redémarrage COM, est celle qui est sélectionnée par l’unité de contrôle moteur.

[0021] Les traitements fonctionnels ci-dessus sont réalisés par l’unité de contrôle moteur, préalablement au lancement d’un redémarrage COM. Ces traitements sont nécessaires pour déterminer si un redémarrage COM est possible.

[0022] En référence à la Fig.1, le bloc conditionnel S1 correspond à la prise de décision pour un redémarrage COM. La sortie Y du bloc conditionnel S1 valide un redémarrage COM. La sortie N du bloc conditionnel S1 valide un redémarrage après arrêt complet du moteur thermique, qui est désigné DAA dans le bloc S2.

[0023] Le bloc S3 est une étape de pré-rotation PRE ROT du pignon lanceur pendant laquelle celui-ci est amené à un régime proche de la zone cible EA2 sélectionnée pour l’engagement du pignon lanceur avec la couronne dentée. L’exécution de cette étape S3 correspond la portion de courbe MR à la Fig.1.

[0024] Lors de cette étape S3, le pignon lanceur est entraîné en rotation par l’arbre moteur du démarreur qui est alors alimenté avec la tension V_BAT du réseau de bord. Le démarreur est ainsi lancé en mode balistique au temps t1 (Fig.2A) par une commande d’alimentation AL qui est active pendant une durée d’alimentation de pré-rotation de synchronisation TA. La durée d’alimentation TA est calculée par l’unité de contrôle moteur pour que le régime N_dem du pignon lanceur s’approche du régime moteur N_mo, sans le dépasser. Conformément à l’invention, le régime moteur N_mo, n’est pas estimé par un algorithme de prédiction comme dans la technique antérieure mais par une mesure fournie en temps réel par le capteur de vilebrequin du moteur thermique. Comme cela est connu, dans un moteur thermique, le capteur de vilebrequin est typiquement monté à proximité du volant moteur qui sert de cible rotative, ou supporte celle-ci, afin de déterminer le régime moteur N_mo, et la position du vilebrequin donnée par son angle de rotation Θ.

[0025] Comme montré par le bloc S4, la durée d’alimentation TA du démarreur est ici déterminée à l’aide d’un modèle prédictif CART du démarreur, sous la forme d’une cartographie, en fonction de la tension V_Bat du réseau de bord, de la température T et du régime cible de rotation N_dem pour le pignon lanceur. On notera que dans certaines formes de réalisation, la durée d’alimentation TA pourra être déterminée sans tenir compte de la température T.

[0026] Conformément à l’invention, les variations du régime N_dem du pignon lanceur sont estimées par le modèle prédictif CART du démarreur à l’aide de deux filtres du premier degré F_M et F_D. Le filtre F_M est ajusté en fonction de la tension V_Bat et de la température T et donne une valeur d’accroissement du régime N_dem du pignon lanceur en fonction du temps t lorsque celui-ci est entraîné par le moteur électrique du démarreur. Le filtre F_D est ajusté en fonction de la tension V_BAt et de la température T et donne une valeur de décroissance du régime N_dem du pignon lanceur en fonction du temps t lorsque celui-ci est en régime de chute libre.

[0027] Le bloc S5 correspond à une étape de pilotage fin de l’alimentation du moteur électrique du démarreur, S50, et de décision d’engagement du pignon lanceur, S51.

[0028] Le pilotage fin réalisé par le bloc S50 permet d’atteindre la synchronisation recherchée sans que le régime N_dem du pignon lanceur ne dépasse celui N_mo, du moteur thermique. Comme montré dans l’algorithme de la Fig.3, le fonctionnement du bloc S50 reste actif tant que la décision d’engagement prise par le bloc S51 reste négative, sortie N. Le pilotage fin intervient pendant la durée D_H montrée aux Figs. 1 et 2B et est réalisé au moyen d’une commande à hystérésis en fonction de l’écart ΔΝ entre le régime N_mo, du pignon lanceur et le régime démarreur N_dem, ΔΝ = N_mo, - N_dem.

[0029] La commande à hystérésis est montrée en détail à la Fig.4. L’état « 1 » de la commande d’alimentation AL correspond à une alimentation du moteur électrique du démarreur et un entraînement en rotation du pignon lanceur. L’état « 0 » de la commande d’alimentation AL correspond à une non-alimentation du moteur électrique du démarreur et un pignon lanceur qui est dans un régime de chute libre. Les écarts AN_min et AN_max sont respectivement un écart de régime minimum et un écart de régime maximum et forment respectivement des premier et deuxième seuils de commutation de l’hystérésis. Les écarts AN_min et AN_max ont chacun une valeur positive respective de manière à commander le régime du pignon lanceur à une valeur inférieure à celle du régime moteur. Typiquement, la commande à hystérésis de l’alimentation du moteur électrique est réalisée au moyen d’un relais.

[0030] Conformément à l’invention, l’engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée n’est commandé par le bloc S51, sortie Y, que si ΔΝ est compris dans l’intervalle d’écart de régime prédéterminé [AN_min, AN_max], Cela garantit, d’une part, que le régime N_dem du pignon lanceur ne dépasse pas le régime moteur N_mot, avec l’inégalité N_dem < N_mo, - AN_min, et, d’autre part, que le régime N_dem du pignon lanceur n’est pas trop éloigné du régime moteur N_mot, avec l’inégalité N_dem > N_mo, - AN_max, de manière à n’engager le pignon lanceur qu’après une synchronisation suffisante des régimes. Le pilotage fin avec la commande à hystérésis permet d’amener l’écart de régime ΔΝ dans l’intervalle d’écart de régime [AN_min, AN_max], de manière à pouvoir commander l’engagement du pignon lanceur. On notera que l’engagement du pignon lanceur ne pourra intervenir que lorsque son régime est en chute libre.

[0031] En référence aux Figs.1 et 2C et 3, les conditions d’engagement du pignon lanceur sont satisfaites au point P1 de la courbe CN_mo, qui est atteint au temps t2 (Fig.2C). L’écart de régime ΔΝ est alors compris dans l’intervalle [AN_min, AN_max], le pignon lanceur est en régime de chute libre et le point de redémarrage P2 qui est alors prédit par l’unité de contrôle moteur est inclus dans la portion décroissante de la zone EA2. Le bloc S6, correspondant à la fourniture de la commande d’engagement CE montrée à la Fig.2C, est alors exécuté dans l’algorithme de la Fig.3. Le bloc S7 est une temporisation d’attente ΔΤ, montrée à la Fig.2C, qui est par exemple de l’ordre de 40 à 50 ms et permet de garantir de l’engagement effectif du pignon lanceur dans la couronne dentée avant l’alimentation du moteur électrique du démarreur. La fourniture de la commande d’alimentation AL correspond à l’exécution du bloc S8 qui intervient au temps t3 montré à la Fig.2B. Le début du redémarrage du moteur thermique se produit alors au point P2 (Fig.1) de CN_mo, et la rotation de celui-ci se déroule ensuite suivant la courbe RE.

[0032] L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.

Claims

Revendications

1. Procédé de synchronisation du régime d’un démarreur de moteur thermique dans un véhicule équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique de moteur thermique, le démarreur comprenant un pignon lanceur pouvant être mis en rotation par couplage mécanique avec un moteur électrique dudit démarreur et engagé ensuite dans une couronne dentée dudit moteur thermique, le procédé comprenant la détermination d’une zone cible de régime (AE2) pour l’engagement dudit pignon lanceur dans ladite couronne dentée en fonction du régime moteur (N_mot) dudit moteur thermique, et le lancement d’une pré-rotation de synchronisation (S3, PRE-ROT) dudit pignon lanceur pendant une durée de prérotation (TA) déterminée pour amener le régime (N_dem) dudit pignon lanceur à un régime cible de rotation, ladite durée de pré-rotation (TA) étant déterminée par un modèle prédictif (S4, CART) en fonction de la tension d’alimentation (V_BAT) dudit moteur électrique et dudit régime cible de rotation, caractérisé en ce que ledit régime moteur (N_mot) est mesuré en temps réel.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone cible de régime (AE2) est déterminée entre deux points morts hauts successifs (PMH) d’une courbe de décroissance (CN_mot) dudit régime moteur (N_mot).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite détermination de ladite zone cible de régime (AE2) pour l’engagement dudit pignon lanceur est également faite en fonction d’une mesure de l’angle de rotation (Θ) du vilebrequin dudit moteur thermique.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les mesures dudit régime moteur (N_mot) et dudit angle de rotation (Θ) sont fournies par un capteur de vilebrequin dudit moteur thermique.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite durée de pré-rotation (TA) est déterminée par ledit modèle prédictif (S4, CART) en fonction aussi de la température (T).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend également une commande à hystérésis (D_H, S50) de l’alimentation (AL) dudit moteur électrique en fonction d’un écart de régime (ΔΝ) égal audit régime moteur mesuré en temps réel (N_mot) moins ledit régime (N_dem) dudit pignon lanceur.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite commande à hystérésis comporte des premier et deuxième seuils de commutation

5 correspondant respectivement à un écart de régime minimum (AN_min) et un écart de régime maximum (AN_max), lesdits écarts de régime minimum et maximum ayant chacun une valeur positive respective.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le régime (N_dem) dudit pignon lanceur est estimé à l’aide d’un modèle prédictif (S4,

10 CART).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit modèle prédictif (S4, CART) comporte au moins un filtre du premier ordre (F_M, F_D) pour estimer des variations du régime (N_dem) dudit pignon lanceur.
10. Véhicule comprenant un système d'arrêt et de redémarrage automatique de moteur
15 thermique dans lequel le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 est mis en oeuvre.