Brevet FR2816891A1 — publié le 20020524

La présente invention concerne d'une manière générale, des systèmes de démarrage et d'arrêt d'un moteur thermique et plus particulièrement un système perfectionné pour commander de façon automatique le démarrage et l'arrêt dudit moteur. Le document WO-98/14702 décrit un tel système. Ce système comprend une carte électronique qui commande l'arrêt ou le redémarrage du moteur thermique à partir des informations fournies par deux capteurs : - un capteur de position de la pédale d'embrayage, - un capteur de position du frein à main. Si la pédale d'embrayage n'est pas enfoncée et si le frein à main est actionné, alors le moteur est arrêté automatiquement. Si la pédale d'embrayage est enfoncée et si le frein à main est relâché, alors le moteur est remis en route automatiquement. Ce système utilise aussi un capteur de régime du moteur qui désactive la carte électronique si le régime du moteur est en dessous d'un certain seuil et un capteur de température du moteur qui inhibe les commandes automatiques du moteur si celui-ci n'a pas atteint sa température de fonctionnement. Toutefois, la consommation, la pollution et la nuisance sonore générées par le moteur thermique ne sont pas minimisées de façon satisfaisante avec les systèmes connus. En effet, pour cela, le moteur du véhicule doit être arrêté automatiquement dès que la vitesse est presque nulle, car il a été calculé qu'en moyenne, un véhicule est à l'arrêt, moteur allumé, pendant environ 10% du temps de roulage. Par exemple, dans le document précédemment cité, lors d'un arrêt devant un feu rouge, le moteur n'est pas éteint, car le conducteur du véhicule ne tire généralement pas le frein à main dans une telle situation. Par ailleurs, les solutions connues du type précité sont purement matérielles. Par conséquent, leur complexité et notamment celle de la carte électronique croît rapidement lorsque le nombre d'informations prises en compte pour la commande du moteur augmente. Ces solutions ne permettent pas non plus de résoudre simplement les problèmes qui font appel à une stratégie de contrôle du moteur plus complexe, par exemple lors d'une manoeuvre de parcage. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des systèmes connus en créant un système permettant de mettre en oeuvre des stratégies de gestion, de démarrage et d'arrêt automatique du moteur plus performantes. Elle a donc pour objet un système de commande de démarrage et d'arrêt automatique d'un moteur thermique de véhicule comprenant des moyens d'arrêt et de démarrage du moteur, des capteurs d'informations sur l'état du véhicule, et des moyens de commande desdits moyens d'arrêt et de démarrage du moteur à partir des informations des capteurs, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent un calculateur contenant un algorithme de commande dudit moteur agissant en fonction des données délivrées par lesdits capteurs d'informations. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : - lesdits capteurs d'informations comportent un capteur de vitesse ; - l'information utilisée par l'algorithme de commande se compose des données d'un capteur de rapport de vitesse enclenché, d'un capteur de position d'embrayage, d'un capteur de régime du moteur, d'un capteur de température du moteur et des données dudit capteur de vitesse ; - l'information utilisée par l'algorithme de commande comprend les données d'un capteur d'inclinaison ; - l'information utilisée par l'algorithme de commande comprend les données d'un contacteur de portière ; - ledit moyen de démarrage du moteur est un alternateur réversible et l'algorithme de commande comprend des moyens pour détecter et gérer un blocage dudit alternateur réversible ; - l'algorithme de commande comprend des moyens de temporisation pour éviter les arrêts inutiles du moteur lors d'une manoeuvre de parcage ; - le système comprend un premier et un second moyens de démarrage du moteur, un commutateur ayant au moins une première et une seconde positions et le calculateur commande uniquement le premier moyen de démarrage lorsque le commutateur est sur la première position et commande uniquement le second moyen de démarrage lorsque le commutateur est sur la deuxième position. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la Fig. 1 représente une architecture matérielle de l'ensemble du système de l'invention ; - la Fig. 1 a représente l'architecture logicielle du système de l'invention de l'invention ; - les Figs. 2a, 2b, et 2c représentent des variantes de réalisation de l'architecture matérielle du système représentée à la figure 1 ; et - la Fig. 3 représente un organigramme de commande des démarrages et des arrêts automatiques d'un moteur thermique de véhicule. La figure 1 représente un véhicule 1 équipé d'un moteur thermique 3, d'une clé de contact 5 destinée à commander manuellement le démarrage ou l'arrêt du moteur 3 et d'un moyen 7 pour sélectionner un mode de fonctionnement. Le moyen 7 pour sélectionner un mode de fonctionnement est par exemple un commutateur à trois positions, rajouté dans l'habitacle du véhicule. Dans une variante de réalisation, le moyen 7 consiste en trois positions supplémentaires rajoutées à un commutateur déjà existant. Le système 1 comprend cinq capteurs d'informations sur l'état de fonctionnement du véhicule 1 : - un capteur 11 de régime du moteur délivrant une information sur la vitesse de rotation du moteur ; - un capteur 12 de vitesse du véhicule ; - un capteur 13 de position d'embrayage destiné à indiquer la position de la pédale d'embrayage ; - un capteur 14 de rapport de vitesse enclenchée dans la boîte de vitesses ; - un capteur 15 de température d'eau de refroidissement du moteur destiné à donner une information sur la température du moteur. La clé de contact 5, le moyen 7 pour sélectionner un mode de fonctionnement et les cinq capteurs d'informations 11 à 15 sur l'état du véhicule sont reliés par des conducteurs électriques 20 à un moyen de commande 30 du moteur 3. Les conducteurs électriques 20 sont raccordés à une interface d'entrée 32 du moyen de commande 30. Cette interface d'entrée 32 est réalisée à l'aide de circuits de conditionnement des signaux électriques tels que des convertisseurs analogiques-numériques (non représentés). Le moyen de commande 30 comprend aussi un calculateur 34 et une interface de sortie 40. Le calculateur 34 utilisé est par exemple un microcontrôleur 36 associé à des mémoires électroniques 38. Il est important de remarquer que le calculateur 34 au sens de la présente invention est défini de façon plus générale comme étant tout système dans lequel peut être implanté un algorithme de commande à l'aide de moyens de programmation et contenant au moins une mémoire. Un réseau logique programmable du type ASIC pourrait être utilisé. L'interface de sortie 40 est composée de trois relais 41,42 et 43. Les relais 41,42 et 43 sont reliés par des conducteurs électriques 48 respectivement à un moyen d'arrêt 50 du moteur 3, un premier moyen de démarrage 52 et un second moyen de démarrage 54. Le moyen d'arrêt 50 est un calculateur d'allumage et d'injection sur lequel il est possible d'agir pour commander l'arrêt du moteur 3. Le premier moyen de démarrage 52 est un démarreur classique de moteur thermique avec une couronne crantée. Le second moyen de démarrage 54 est un onduleur et alternateur réversible tel que décrit dans le brevet français no 2 718 285. L'intérêt d'utiliser deux moyens de démarrage apparaîtra plus tard à la lecture de la suite de la description. La figure 1a représente un exemple d'architecture logicielle permettant de réaliser un algorithme de commande contenu dans les mémoires électroniques 38. L'architecture logicielle se décompose en deux modules. Un premier module 55 appelé logiciel de bas niveau regroupe les commandes spécifiques à l'architecture matérielle utilisée telles que la lecture d'un signal sur l'une des entrées du microcontrôleur 36 ou l'émission d'un signal de sortie. Ce logiciel est spécifique au microcontrôleur utilisé. Le second module 56 appelé logiciel de haut niveau, est spécifique à l'application réalisée. Dans la présente invention, le second module est utilisé pour implanter la stratégie de gestion des démarrages et des arrêts automatiques du moteur 3. Il est réalisé dans un langage de programmation tel que le langage C. Les figures 2a, 2b et 2c représentent des variantes de réalisation de la figure 1. Par conséquent, seuls sont représentés les éléments rajoutés par rapport à ceux de la figure 1, les autres restant identiques. La figure 2a représente une variante dans laquelle un capteur 61 d'inclinaison est relié par un conducteur électrique 62 au moyen de commande 30 de la figure 1. La figure 2b représente une variante dans laquelle un contacteur 63 de portière est relié par un conducteur électrique 64 au moyen de commande 30 de la figure 1. La figure 2c représente une variante dans laquelle un capteur 65 du courant de la batterie est relié par un conducteur électrique 66 au moyen de commande 30 de la figure 1. Le fonctionnement du système dont la structure a été présentée précédemment aux figures 1 et 1 a va être maintenant décrit à l'aide des figures 1, 1aet3. Le conducteur du véhicule 1 monte dans son véhicule et tourne la clé de contact 5. Les capteurs d'informations 11,12, 13,14 et 15 sur l'état de fonctionnement du véhicule, le moyen de commande 30 et l'ensemble des appareils électriques sont mis sous tension. Dès lors, les capteurs d'informations 11 à 15 mesurent en permanence l'état de fonctionnement du véhicule 1 et envoient des signaux électriques correspondant à cet état, via les conducteurs électriques 20 jusqu'à l'interface d'entrée 32 du moyen de commande 30. Des signaux électriques indiquant la position de la clé de contact 5 et du commutateur 7 sont également transmis jusqu'à l'interface d'entrée 32 via les conducteurs électriques 20. L'interface d'entrée 32 composée de circuits de conditionnement convertit ces signaux électriques dans un format compatible avec le fonctionnement du microcontrôleur 36. Les signaux électriques indiquant la position de la clé de contact 5 sont directement gérés par le module logiciel de bas niveau 55. Ainsi une demande d'arrêt du moteur à l'aide de la clé de contact 5 conduit systématiquement à la désactivation du calculateur 34 et à l'arrêt du moteur thermique 3 quelque soit l'algorithme de commande implanté dans le module logiciel 56. Les signaux électriques contenant les informations sur l'état du véhicule 1 et sur la position du commutateur 7 sont gérés par le microcontrôleur 36 conformément à l'algorithme de commande implanté dans le module logiciel de haut niveau 56. Le microcontrôleur 36 en fonction des signaux électriques précédents et de l'algorithme de commande génère des signaux de commande transmis à l'interface de sortie 40. L'interface de sortie 40 actionne les relais 41,42 et 43 de sortie qui la composent en fonction des signaux reçus du microcontrôleur 36. La fermeture du relais 41 commande le moyen d'arrêt 50, qui à son tour commande l'arrêt du moteur 3. La fermeture du relais 42 actionne le démarreur classique 52 qui démarre le moteur 3. La fermeture du relais 43 actionne l'alternateur réversible 54 qui entraîne l'arbre du moteur 3 en rotation pour faire démarrer le moteur. Ce dernier moyen de démarrage présente l'avantage d'être moins bruyant qu'un démarreur classique. Le fonctionnement du système est régi par l'algorithme de commande implanté dans les mémoires 38 et décrit à l'aide de l'organigramme représenté sur la figure 3. L'algorithme de commande comporte une première étape 72 de temporisation : Pendant les 20 secondes suivant un premier démarrage, aucune tâche n'est effectuée afin d'attendre que le moteur 3 soit chaud. Dans le présent mode de réalisation, le moteur 3 est considéré comme chaud lorsque le capteur 15 de température d'eau de refroidissement indique une température supérieure à 70OC. Dans le cas contraire, le moteur 3 est dit froid. Cette étape est importante car un moteur froid est beaucoup plus polluant lors d'un démarrage qu'un moteur chaud. Il faut donc éviter au maximum les démarrages d'un moteur froid pour ne pas polluer et aussi ne pas perturber le fonctionnement des pots catalytiques. Après cette étape, la position du commutateur 7 à trois positions, est lue lors de l'étape 74 et cette information est enregistrée dans l'une des mémoires électroniques 38. La position du commutateur 7 à trois positions permet de sélectionner un mode de fonctionnement. Trois modes de fonctionnement sont prévus : - dans le premier, la gestion automatique des démarrages et des arrêts du moteur est totalement inhibée et seule la clé de contact 5 peut être utilisée ; -dans le second, le moyen de démarrage actionné est un démarreur classique 52 : - dans le troisième le moyen de démarrage actionné est un alternateur réversible 54. Le choix du mode de fonctionnement est effectué à tout moment par le conducteur qui actionne manuellement le commutateur 7. Si le premier mode de fonctionnement a été sélectionné, le calculateur scrute en permanence la position du commutateur 7 et l'étape 74 ne s'achève que lorsque le second ou le troisième mode de fonctionnement est sélectionné. Si un mode de fonctionnement différent du premier a été sélectionné, le processus se poursuit par l'étape 76. Lors de l'étape 76, le calculateur vérifie si les conditions pour commander automatiquement l'arrêt du moteur 3 sont réunies. Les conditions d'arrêt automatique du moteur 3 sont réunies lorsque les signaux d'entrées du microcontrôleur 36 sont simultanément dans les états suivants : - le signal du capteur 15 de température d'eau de refroidissement indique que le moteur est chaud ; - le signal du capteur 11 de régime du moteur indique que le moteur est tournant. Le moteur est considéré comme tournant si le régime mesuré du moteur est supérieur à 600 tr/mn dans le cas où l'information enregistrée lors de l'étape 74 indique que le mode de fonctionnement sélectionné est le second correspondant à l'utilisation du démarreur classique. Dans le cas où l'information enregistrée à l'étape 74 indique qu'il s'agit du troisième mode de fonctionnement, correspondant à l'utilisation d'un alternateur réversible, le régime mesuré du moteur doit être supérieur à 900 tr/mn ; - le signal du capteur 12 de vitesse indique que la vitesse est presque nulle, c'est-à-dire dans le présent mode de réalisation, que la vitesse est inférieure à 2 km/h ; - le signal du capteur 13 de position d'embrayage indique que la pédale d'embrayage est relevée ; - le signal du capteur 14 de rapport de vitesse enclenché indique que le levier de vitesse est au point mort. Si les cinq conditions précédentes sont réunies pendant une durée de 1,5 secondes consécutives, l'étape 78 de commande d'arrêt du moteur est exécutée. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si les conditions d'arrêt du moteur ne sont pas réunies ou si les conditions d'arrêt ne sont pas restées réunies pendant 1,5 secondes consécutives, l'étape 80 de vérification des conditions de démarrage du moteur est directement exécutée. La durée de 1,5 secondes consécutives permet au conducteur dans une manoeuvre de parcage de passer alternativement de la première à la marche arrière en évitant des arrêts du moteur inutiles et gênants. Lors de l'étape 78, une commande d'arrêt du moteur 3 est envoyée à l'interface de sortie 40 qui provoque la fermeture du relais 41. La fermeture du relais 41 commande le moyen d'arrêt 50 qui arrête le moteur 3. L'étape 78 s'achève lorsqu'une commande d'arrêt du moteur a été générée et l'étape 80 est exécutée. Lors de l'étape 80, le calculateur vérifie si les conditions pour commander le démarrage du moteur 3 sont réunies. Ces conditions sont réunies lorsque les signaux d'entrées du microcontrôleur 36 sont simultanément dans l'état suivant : - le signal du capteur 11 de régime du moteur indique que le moteur est à l'arrêt, c'est-à-dire que le régime du moteur est nul ; - le signal du capteur 13 de position d'embrayage indique que la pédale d'embrayage est enfoncée ; - le signal du capteur 14 de rapport de vitesse enclenchée indique qu'un rapport de vitesse est enclenché y compris la marche arrière ; Si les trois conditions précédentes sont réunies, l'étape 82 est exécutée, sinon l'algorithme de commande revient à l'étape 74. Lors de l'étape 82, une commande pour faire démarrer le moteur est envoyée à l'interface de sortie 40. L'interface de sortie 40 ferme le relais 42 correspondant au démarreur classique 52 si le mode de fonctionnement mémorisé à l'étape 74 est le second. Par contre, si le mode de fonctionnement mémorisé à l'étape 74 est le troisième, l'interface 40 ferme le relais 43 correspondant à l'alternateur réversible. Ensuite, le calculateur vérifie si le moteur a bien redémarré, par scrutation du signal reçu du capteur 11 de régime du moteur. Tant que le moteur n'est pas considéré comme tournant au sens précédemment défini, une commande de fin de démarrage n'est pas envoyée à l'interface de sortie 40. Finalement, lorsque cette dernière commande est envoyée, le relais 42 ou 43 précédemment actionné, est désactivé et le moyen de démarrage actionné est mis au repos. L'étape 82 s'achève et l'algorithme de commande retourne à l'étape 74. Tant que le calculateur est alimenté, le processus défini précédemment se répète. Selon d'autres modes de réalisation, le système de commande est modifié de façon à accroître la sécurité du conducteur. Par exemple, il est utile d'empêcher l'arrêt du moteur lorsque la route est en pente pour éviter que l'assistance de conduite ne soit indisponible dans une telle situation. Pour la mise en oeuvre de cette amélioration, l'architecture matérielle utilisée est celle représentée figure 2a. Le capteur 61 d'inclinaison envoie sur le conducteur électrique 62 un signal proportionnel à l'inclinaison de la route. Ce signal est transmis à l'interface d'entrée 32 où il est conditionné dans un format compatible avec le fonctionnement du microcontrôleur 36. Le signal ainsi converti fait donc partie des signaux d'entrée du microcontrôleur 36 qui peuvent être pris en compte pour l'algorithme de commande du calculateur 30. Le déroulement de l'algorithme de commande de cette variante est similaire à celui décrit à l'aide de la figure 3 sauf pour l'étape 76. L'étape 76 est modifiée de façon à prendre en compte une condition supplémentaire. L'arrêt du moteur par le moyen de commande n'est autorisé que si le signal du capteur 61 d'inclinaison indique une pente inférieure à un seuil prédéterminé. L'architecture matérielle d'une autre variante liée à la sécurité est représentée figure 2b. Dans cette variante, le démarrage du moteur du véhicule par le moyen de commande 30 est interdit lorsqu'un contacteur 63 de portière indique qu'une portière est ouverte. Le traitement du signal du contacteur 63 est semblable au traitement du signal du capteur 61 décrit plus haut. Le déroulement de l'algorithme de commande du calculateur est similaire à celui décrit à l'aide de la figure 3 sauf pour l'étape 80. L'étape 80 est modifiée de façon à prendre en compte une condition supplémentaire : le démarrage du moteur n'est autorisé que si le signal du contacteur 63 correspond à la fermeture des portière Une autre variante consiste à prendre en compte pour la commande du calculateur 34, les informations d'un capteur 65 du courant de la batterie pour connaître l'état de charge de cette dernière. En fonction de ces informations, les commandes de démarrage et d'arrêt du moteur 3 sont inhibées afin d'éviter de décharger la batterie de façon excessive. Le fonctionnement de l'architecture matérielle de cette variante représentée à la figure 2c est similaire à celui décrit à l'aide de la figure 2a puisque le capteur 61 d'inclinaison est simplement remplacé par un capteur 65 de courant de la batterie. Le déroulement de l'algorithme de commande du calculateur est semblable à celui décrit à l'aide de la figure 3 sauf pour l'étape 76. L'étape 76 est modifiée de façon à prendre en compte une condition supplémentaire : l'arrêt automatique du moteur 3 n'est autorisé que si un algorithme d'estimation de la capacité restante de la batterie estime en fonction des données du capteur 65 (estimation des courants entrant et sortant de la batterie) que l'énergie restante dans la batterie est suffisante pour redémarrer avec certitude le moteur du véhicule lors de l'étape 80. Dans une autre variante possible, le capteur 11 de régime du moteur est utilisé pour indiquer si le moteur est bloqué. Le moteur est considéré comme bloqué si, simultanément, le régime du moteur est nul et une commande de démarrage du moteur est présente pendant deux secondes consécutives. La structure matérielle de cette variante est identique en tout point à celle décrite à l'aide de la figure 1. Le déroulement de l'algorithme de commande du calculateur est semblable à celui décrit à l'aide de la figure 3 sauf pour l'étape 82. L'étape 82 est modifiée de telle façon que pendant la période de scrutation du régime du moteur, pour savoir si ce dernier a redémarré, on vérifie en plus que le moteur n'est pas bloqué au sens précédemment défini. En cas de blocage du moteur et si le mode de fonctionnement enregistré lors de l'étape 74 est le troisième, c'est à dire celui correspondant à l'utilisation de l'alternateur réversible 54, alors le calculateur 34 envoie à l'interface de sortie 40 une commande de fin de démarrage suivie d'une commande de démarrage du moteur 3 à l'aide du démarreur classique 52. On bascule ainsi automatiquement du second moyen de démarrage au premier, le premier moyen de démarrage servant dans ce cas d'élément de secours. Cela peut être utile par exemple, si l'énergie de la batterie n'est pas suffisante pour démarrer le moteur à l'aide de l'alternateur réversible mais est suffisante pour démarrer le moteur à l'aide du démarreur classique. Il est important de remarquer qu'en combinant l'architecture matérielle, des différentes variantes décrites ci-dessus et en réalisant les modifications de l'algorithme de commande du calculateur correspondantes, il est possible de rassembler plusieurs de ces variantes dans un seul mode de réalisation. Par exemple, si toutes les variantes de réalisation décrites en référence aux figures 2a à 2c sont réunies dans le même mode de réalisation, l'algorithme de commande doit être modifié comme suit : - la condition supplémentaire énoncée lors de la description du fonctionnement de la variante décrite à l'aide de la figure 2a devient une sixième condition d'arrêt du moteur ; - les conditions supplémentaires décrites à l'aide des figures 2b et 2c deviennent respectivement les quatrième et cinquième conditions de démarrage du moteur 3. Il apparaît qu'un système de démarrage et d'arrêt automatique d'un moteur selon l'invention permet de mettre en oeuvre des stratégies de démarrage et d'arrêt automatique plus performantes sans pour autant accroître la complexité et le coût du matériel utilisé. On notera également que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Ainsi, des capteurs d'informations supplémentaires sur l'état du véhicule peuvent être utilisés et d'autres stratégies de contrôle et de commande des démarrages et des arrêts du moteur peuvent être réalisées. On notera aussi que l'invention peut être réalisée même si un seul moyen de démarrage du moteur est utilisé. REVENDICATIONS 1. Système de commande de démarrage et d'arrêt automatique d'un moteur thermique (3) de véhicule (1) comprenant des moyens de démarrage (52,54) et d'arrêt (50) du moteur (3), des capteurs (11,12, 13,14, 15) d'informations sur l'état de fonctionnement du véhicule, et des moyens de commande (30) desdits moyens d'arrêt et de démarrage du moteur à partir des informations des capteurs (11 à 15), caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (30) comportent un calculateur (34) contenant un algorithme de commande dudit moteur agissant en fonction des données délivrées par lesdits capteurs d'informations (11 à 15). 2. Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capteurs d'informations (11 à 15) comportent un capteur (12) de vitesse. 3. Système de démarrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'information utilisée par l'algorithme de commande se compose des données d'un capteur (14) de rapport de vitesse enclenché, d'un capteur (13) de position d'embrayage, d'un capteur (11) de régime du moteur, d'un capteur (15) de température du moteur et des données dudit capteur (12) de vitesse. 4. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'information utilisée par l'algorithme de commande comprend les données d'un capteur (61) d'inclinaison. 5. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'information utilisée par l'algorithme de commande comprend les données d'un contacteur (63) de portière. 6. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen de démarrage (54) du moteur (3) est un alternateur réversible et que l'algorithme de commande comprend des moyens pour détecter et gérer un blocage dudit alternateur réversible. 7. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'algorithme de commande comprend des moyens de temporisation pour éviter les arrêts inutiles du moteur (3) lors d'une manoeuvre de parcage. 8. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second moyens de démarrage (52,54) du moteur, un commutateur (7) ayant au moins une première et une seconde positions et en ce que le calculateur (34) commande uniquement le premier moyen de démarrage (52) lorsque le commutateur est sur la première position et commande uniquement le second moyen (54) de démarrage lorsque le commutateur est sur la deuxième position.