Brevet FR2787946A1 — publié le 20000630

La présente invention est relative aux dispositifs pour la commande d'un démarreur de véhicule automobile. Classiquement, l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur est commandée par un contact de puissance électromagnétique (relais à bobinage) qui est actionné en fonction de l'état de l'interrupteur de contact du véhicule, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une électronique de gestion intégrée ou non au démarreur. Lorsque, après démarrage du moteur thermique, le démarreur est désactivé, le retour à l'arrêt de l'induit n'est pas immédiat. La vitesse de rotation de l'induit est maximale au moment de la désactivation, puis elle se réduit progressivement en fonction du temps. La durée de ce ralentissement dépend de la vitesse maximale, de l'inertie de l'induit et des pertes par frottement. Pour des démarreurs conventionnels, la durée d'arrêt peut :is atteindre plusieurs secondes pendant lesquelles le démarreur émet du bruit à différentes fréquences. Généralement, ces bruits provoquent des désagréments car ils sont facilement perceptibles à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Pour réduire ces désagréments, on cherche à diminuer le temps de ralentissement de façon à ce qu'il soit suffisamment faible pour éviter que la structure du démarreur et ses composants n'entrent en résonance. A cet effet, il a déjà été proposé de freiner mécaniquement l'induit du moteur électrique du démarreur par une rondelle de frottement disposée entre ledit induit et un palier du stator. Toutefois, un tel freinage mécanique présente l'inconvénient d'être permanent, et notamment d'être présent pendant toute la durée du fonctionnement du démarreur. Le rendement de celui-ci en est considérablement réduit. En outre, un tel freinage n'est pas fiable dans le temps, son 3 0 efficacité évolue avec l'usure des parties frottantes. Pour palier ces inconvénients, il a également été proposé des structures de démarreur dans lesquelles un contact auxiliaire mécanique réalise la mise à la masse électrique de la borne d'alimentation du moteur du démarreur dès que le contact de puissance du démarreur revient dans sa position ouverte. Un but de l'invention est de proposer un dispositif qui est d'une plus grande simplicité et qui permet de réaliser un freinage du moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile qui est fiable dans le temps et qui ne pénalise pas le rendement dudit démarreur. La demanderesse a récemment proposé dans sa demande de brevet FR 98-11. 550 un dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur dans lequel le contact de puissance n'est pas un contact mobile, mais est un relais statique constitué par un composant électronique commandable, tel qu'un transistor de puissance. 1 5 Un autre but de l'invention est de proposer une solution pour le freinage du moteur électrique d'un démarreur qui puisse être utilisée dans le cas o ledit moteur électrique est commandé par un tel relais statique. A cet effet, l'invention propose un dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur de véhicule, notamment automobile, comportant un commutateur de puissance monté en série avec ledit moteur électrique, des moyens pour commander ledit commutateur de puissance, ainsi qu'un commutateur auxiliaire qui court- circuite ledit moteur électrique lorsque le commutateur de puissance s'ouvre, caractérisé en ce que ledit commutateur auxiliaire est un composant électronique statique. Cette solution permet de maîtriser le ralentissement de l'induit avec une structure d'une grande simplicité. Elle est en outre compatible avec l'utilisation d'un composant électronique statique de puissance pour réaliser le commutateur de puissance du démarreur. Le dispositif proposé par l'invention est par ailleurs avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons possibles - un composant électronique statique est un transistor; - le commutateur auxiliaire est commandé par un microcontrôleur qui gère la commande de l'alimentation du moteur électrique; - le composant électronique statique qui constitue le commutateur est monté en série avec une résistance; - le composant électronique statique qui constitue le commutateur auxiliaire o0 est commandé par un signal à impulsions à largeur modulée; - le composant électronique statique qui constitue le commutateur est commandé en boucle ouverte; - le composant électronique statique qui constitue le commutateur est commandé en fonction de l'intensité du courant qui le traverse; - le dispositif comporte des moyens de type shunt qui sont reliés à une entrée analogique/numérique du microcontrôleur et qui transmettent à ladite entrée une tension proportionnelle à l'intensité du courant qui traverse le composant électronique statique qui constitue le commutateur; - le dispositif comporte des moyens pour fermer le commutateur auxiliaire lorsque l'interrupteur de contact du démarreur et le contact de puissance (K) sont ouverts et pour l'ouvrir dans les autres cas. L'invention concerne également un démarreur de véhicule, notamment automobile, comportant un moteur électrique, un pignon entraîné par ledit moteur, des moyens pour déplacer ledit pignon d'une position de 2 5 repos à une position o il engrène avec une couronne du moteur thermique, ainsi qu'un dispositif du type précité pour commander l'alimentation de son moteur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative et qui doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement un démarreur comportant un dispositif de commande conforme à un mode de réalisation possible de l'invention; la figure 2 représente schématiquement un démarreur comportant un dispositif de commande conforme à un autre mode de réalisation possible pour l'invention. Le démarreur D représenté sur la figure 1 comporte un moteur électrique M et un contacteur de puissance 1. Ce moteur électrique M est monté entre la masse et une borne +Bat à la tension d'alimentation de la batterie. Le contacteur de puissance 1 est, dans l'exemple particulier qui est représenté sur la figure, un relais mécanique. Il comprend un contact mobile K, qui est interposé entre la borne d'alimentation +Bat et le moteur M, ainsi qu'un bobinage B dont l'alimentation déplace le pignon du démarreur et ferme le contact K. Ce bobinage B est monté, entre la borne +Bat et la masse, en série avec un interrupteur commandé Tl. Cet interrupteur T1 est par exemple un transistor de type MOSFET, dont la grille est commandée en tension par une borne de sortie sl d'une unité de gestion 2. Un interrupteur T2 est monté en parallèle au moteur M, entre les deux extrémités de celui-ci. Cet interrupteur T2 est également commandé par l'unité de gestion 2. Il est par exemple constitué par un transistor de type MOSFET, dont la grille est commandée en tension par une borne de sortie s2 de ladite unité de gestion 2. Une résistance R2 montée entre la grille du transistor T2 et la masse met ladite grille au même potentiel que la source du transistor T2 en l'absence de signal sur la sortie s2. L'unité de gestion 2 est constituée par un microcontrôleur dont une entrée analogique el est reliée à la borne d'alimentation +Bat par l'intermédiaire d'un interrupteur 3, qui constitue l'interrupteur de démarrage du véhicule. Elle assure différentes fonctions: - analyse de l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur de démarrage 3 et gestion de la séquence d'alimentation du moteur M en fonction de cette information; - arrêt automatique du démarreur lorsque le moteur thermique est démarré; protection du démarreur contre d'éventuelles surcharges ou fausses manoeuvres. Cette unité de gestion 2 est constamment sous tension et est à cet effet alimentée à la tension délivrée par la borne +Bat par une liaison indépendante de celle sur laquelle se trouve l'interrupteur de démarrage 3. Elle intègre un système de mise en veille, non représenté, qui permet de limiter la consommation électronique lorsque le véhicule ne fonctionne pas et évite ainsi une décharge trop rapide de la batterie. Le fonctionnement du montage qui vient d'être décrit est le suivant. Lorsque l'interrupteur de démarrage 3 est fermé, par exemple par l'actionnement de la clé de contact, le système de veille est inhibé par l'apparition de la tension de la borne +Bat sur l'entrée el de l'unité de gestion 2 et la séquence de démarrage est activée. Si les différentes fonctions de protection du démarreur ne décèlent aucune anomalie, la sortie sl du circuit électronique délivre sur la grille de T1 une tension à impulsions à largeur modulée qui permet d'alimenter la bobine B suivant une loi de courant déterminée. Dans un premier temps, la tension qui est délivrée commande la grille du transistor T1 de façon qu'un "courant d'appel" de forte intensité traverse le bobinage B pour déplacer le pignon du démarreur et fermer le contact K. Dans un deuxième temps, lorsque le pignon engrène avec le moteur thermique et que le contact K est fermé, la grille du transistor T1 est commandée de façon à délivrer au bobinage B un courant de " maintien " de plus faible intensité. Lorsque l'unité de gestion 2 détecte le démarrage du moteur thermique, sa sortie sl passe à l'état bas et bloque le transistor T1, ce qui désactive le démarreur. Simultanément, sa sortie s2 passe à l'état haut, rendant passant le transistor T2 et court-circuitant ainsi le moteur électrique M. Tant que l'induit tourne, le démarreur fonctionne en génératrice. L'énergie cinétique du rotor est dissipée par effet Joules dans le transistor T2, I'induit du moteur M et les liaisons électriques. Il s'ensuit un freinage rapide de l'induit. Il est toutefois souhaitable que la décélération ne soit pas trop brutale, de façon à éviter l'apparition des surcharges mécaniques accompagnées de bruits. Une première possibilité à cet effet est de disposer en série avec le transistor T2 une résistance supplémentaire (non représentée) permettant de réduire le courant de court-circuit. Une autre solution consiste à piloter la grille du transistor T2 avec une tension à impulsions à largeur modulée. Le rapport cyclique de cette tension de commande peut alors: - soit répondre à une loi de variation mémorisée dans l'unité de gestion 2 (commande en boucle ouverte); - soit réguler le courant de court-circuit en comparant la valeur instantanée de ce courant par rapport à une valeur de consigne (commande en boucle fermée), des moyens de type "shunt" (non représentés) permettant de transmettre sur une entrée analogique/numérique de l'unité de gestion 2 une tension proportionnelle à l'intensité du courant traversant le transistor T2. D'autres variantes de l'invention sont bien entendu possibles. En particulier, dans une variante avantageuse, le contact K est remplacé par un relais statique, qui est par exemple un transistor MOSFET de puissance dont la grille est commandée par une sortie de l'unité de gestion 2. L'alimentation de la bobine B n'assure alors que le déplacement du pignon du démarreur. Un dispositif de commande de l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur comportant un relais statique à déjà été décrit dans la demande de brevet FR-98.11550 de la demanderesse, à laquelle on se rapportera avantageusement. En variante également, ainsi qu'illustré sur la figure 2, I'interrupteur 3 de contact du démarreur peut commander directement le contact K, au lieu de le commander par l'intermédiaire de l'unité de gestion 2. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le relais 1 comporte deux bobinages B1, B2, dont un point commun est relié à l'extrémité de l'interrupteur de contact 3 opposée à la borne +Bat. L'extrémité du bobinage B1 opposée à ce point commun est reliée à la masse, tandis que l'extrémité du bobinage B2 qui est opposée à ce point commun est reliée à un point entre le contact K et le moteur M. De la même façon que pour le montage de la figure 1, un transistor MOSFET T2 est monté en parallèle entre les extrémités du moteur M. La grille de ce transistor T2 est commandée en tension par une sortie sl d'une unité de gestion 2. Elle est par ailleurs reliée à la masse par s lI'intermédiaire d'une résistance R2. Cette unité de gestion 2 est alimentée par la borne +Bat. Elle reçoit sur une entrée el la tension à l'extrémité de l'interrupteur de contact 3. Elle reçoit sur une entrée e2 la tension de la borne +Bat et sur une entrée e3 la tension en un point entre le moteur M et le contact de puissance K. Ainsi, I'entree el de l'unité de gestion 2 permet à ladite unité de gestion de connaître l'état (ouvert ou fermé) de la clé de contact 3. La différence de tension entre les entrées e2 et e3 permet à ladite unité de gestion 2 de connaître l'état (ouvert ou fermé) du contact de puissance K, par comparaison à un seuil de référence Vref. A la fermeture de l'interrupteur de contact 3, il s'établit dans les bobinages B1 et B2 un courant qui génère un champ magnétique d'appel pour le contact K. Lorsque le contact K est fermé, le bobinage B2 est en court-circuit, tandis que le bobinage B1 réalise le maintien dudit contact de puissance K dans sa position fermée,. Le transistor T2 est alors commandé par l'unité de gestion 2 de façon à être passant lorsque l'interrupteur de contact 3 et le contact de puissance K sont ouverts, et à être fermés sinon, Plus précisément, le transistor T2 est commandé selon la table de vérité suivante: Ellat inIterrIu)telIcur (le comiactc cl=O el=+Bat Etat du_ contact K c2-c3 e2-c3>Vref T2 passant T2 bloqué -- REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule, notamment automobile, comportant un commutateur de puissance (K) monté en série avec ledit moteur électrique (M), des moyens (2, B) pour commander ledit commutateur de puissance (K), ainsi qu'un commutateur auxiliaire (T2) qui court- circuite ledit moteur électrique lorsque le commutateur de puissance s'ouvre, caractérisé en ce que ledit commutateur auxiliaire est un composant lo électronique statique (T2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur de puissance (K) est un composant électronique statique de puissance. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un composant électronique statique (T2) est un transistor. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le commutateur auxiliaire (T2) est commandé par un microcontrôleur (2) qui gère la commande de l'alimentation du moteur électrique. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant électronique statique (T2) qui constitue le commutateur auxiliaire est monté en série avec une résistance. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant électronique statique (T2) qui constitue le commutateur auxiliaire est commandé par un signal à impulsions à largeur modulée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le composant électronique statique (T2) qui constitue le commutateur est commandé en boucle ouverte. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le composant électronique statique (T2) qui constitue le commutateur est 3 0 commandé en fonction de l'intensité du courant qui le traverse. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact de puissance (K) du démarreur est commandé directement par l'interrupteur de contact du véhicule et en ce que ledit dispositif comporte des moyens pour fermer le commutateur auxiliaire (T2) lorsque l'interrupteur de contact (3) du démarreur (D) et le contact de puissance (K) sont ouverts et pour l'ouvrir dans les autres cas, 10. Démarreur de véhicule, notamment automobile, comportant un moteur électrique, un pignon entrainé par ledit moteur, des moyens pour déplacer ledit pignon d'une position de repos à une position o il engrène io avec une couronne du moteur thermique, un dispositif pour commander l'alimentation de son moteur électrique, caractérisé en ce que ce dispositif est du type selon l'une des revendications précédentes.