Brevet FR2924384A1 — publié le 20090605

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN ALTERNO-DÉMARREUR La présente invention concerne un procédé permettant de commander un 5 alterno-démarreur destiné à fonctionner en association avec un moteur thermique. L'invention est également relative à un dispositif mettant en oeuvre d'un tel procédé de commande. 10 L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules hybrides. Un alterno-démarreur est un appareil combinant les fonctions d'un alternateur et d'un démarreur en une seule unité. Il peut être une machine asynchrone qui est 15 classiquement composée d'un rotor monté mobile en rotation par rapport à un stator, et qui est sensée fonctionner avec du courant alternatif. L'alterno-démarreur est traditionnellement monté sur des véhicules disposant d'une technologie de type "start-stop", qui consiste à couper automatiquement le moteur lorsque le véhicule s'immobilise temporairement, notamment aux feux rouges et dans les 20 embouteillages, et à le redémarrer rapidement et silencieusement dès que le conducteur manifeste son intention de repartir, par exemple en actionnant l'embrayage. Lorsqu'un véhicule automobile est équipé d'un alterno-démarreur, celui-ci est 25 généralement monté en lieu et place de l'alternateur conventionnel. L'alternodémarreur se trouve ainsi couplé au moteur thermique par l'intermédiaire de la courroie d'accessoires. Cette dernière joue alors un rôle de moyens de transmission réversibles entre le moteur thermique et l'alterno-démarreur, en plus d'assurer sa traditionnelle fonction d'entraînement vis-à-vis d'organes mécaniques périphériques 30 aussi divers que la pompe à eau, le compresseur de climatisation, la pompe hydraulique de direction assistée, etc. Le principal intérêt de ce type d'agencement est d'être parfaitement compatible avec un environnement moteur classique. Cela signifie en d'autres termes 35 que l'implantation de l'alterno-démarreur ne requiert pas de modifications structurelles particulières, mais surtout qu'il est possible de continuer à utiliser des -2 organes mécaniques périphériques totalement standards. Au final, l'avantage d'une telle intégration s'avère donc significatif d'un point de vue économique. Ceci étant, il apparaît avantageux que les différents organes mécaniques périphériques demeurent opérationnels lorsque le moteur est momentanément coupé. On pense notamment ici au compresseur de climatisation. C'est pourquoi les systèmes hybrides actuels sont communément conçus de manière à ce que dans ces moments là, l'alterno-démarreur prenne le relais du moteur thermique et assure seul l'entraînement des organes mécaniques périphériques. Cela implique toutefois que la courroie d'accessoires puisse être désaccouplée temporairement du moteur thermique. Dans la pratique, les phases d'accouplement ou de désaccouplement requièrent que la courroie d'accessoires soit parfaitement statique, ce qui sous-entend que son déplacement doit être préalablement stoppé. Un tel résultat est traditionnellement obtenu en plaçant simplement l'alterno-démarreur en mode générateur. On sait en effet qu'en récupérant progressivement l'énergie cinétique de la courroie d'accessoires, on va irrémédiablement provoquer son ralentissement. Ainsi donc, lorsque l'on désire couper momentanément le moteur thermique, on doit successivement stopper la courroie d'accessoires, puis désaccoupler cette dernière du moteur thermique, avant d'entraîner les organes mécaniques périphériques au moyen de l'alterno-démarreur. A l'inverse, préalablement au redémarrage du moteur thermique, il est nécessaire d'arrêter la courroie d'accessoires, puis de coupler cette dernière au moteur thermique, avant de redémarrer ledit moteur thermique à l'aide de l'alterno-démarreur. Quoi qu'il en soit, ce type d'agencement présente l'inconvénient d'offrir une inertie importante, notamment lors des phases de redémarrage du moteur thermique. Le mode générateur, qui est sensé ralentir le déplacement de la courroie d'accessoires, n'est en effet efficient que pour des vitesses de rotation relativement élevées. Cela signifie donc que dès que cela n'est plus le cas, le système ne peut plus évoluer autrement que librement, et ce jusqu'à ce que les frottements le stoppent définitivement. L'arrêt complet de la courroie d'accessoires va donc nécessiter un temps non négligeable, ce qui va retarder d'autant le redémarrage du moteur thermique. Malheureusement dans la pratique, un tel temps de latence s'avère -3-parfaitement perceptible de l'utilisateur, ce qui a pour conséquence finale de dégrader l'agrément d'utilisation du véhicule. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention, est de proposer un procédé de commande d'un alterno-démarreur notamment de véhicule automobile, ledit alterno-démarreur étant équipé d'une machine asynchrone et couplé en entraînement avec un moteur thermique par l'intermédiaire de moyens de transmission débrayables vis-à-vis dudit moteur thermique, procédé de commande qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant à l'alterno-démarreur un fonctionnement sensiblement plus transparent vis-à-vis de l'utilisateur. La solution au problème technique posé consiste selon la présente invention, en ce que pour arrêter les moyens de transmission, le procédé de commande comporte les étapes consistant à: mettre l'alterno-démarreur en mode générateur tant que la vitesse de la machine asynchrone est supérieure à un premier seuil S1, mettre l'alterno-démarreur en mode freinage dès que la vitesse de la machine asynchrone devient inférieure au premier seuil S1, et en ce que le premier seuil S1 correspond à la vitesse de la machine asynchrone 20 pour laquelle le couple en mode freinage est équivalent au couple en mode générateur. Pour arrêter les moyens de transmission, le principe de l'invention ne consiste donc pas seulement à les ralentir en exploitant un classique mode générateur, 25 puisqu'il prévoit par ailleurs de les freiner en mettant en oeuvre un véritable mode freinage. L'ensemble est simplement conçu de manière à ce que le mode freinage intervienne quand le mode générateur n'est plus efficient, c'est-à-dire dès lors qu'il n'est plus à même de faire décélérer efficacement les moyens de transmission. 30 Par rapport à l'art antérieur, le mode générateur est conservé car il permet à la fois de ralentir les moyens de transmission, et de récupérer de l'énergie. Mais plutôt que d'attendre passivement que les frottements finissent par stopper les moyens de transmission lorsque le mode générateur n'est plus efficient, on préfère déclencher un freinage même si il faut pour cela apporter de l'énergie. 35 -4 Le gain de temps, qui est implicitement obtenu en remplaçant la libre rotation de la machine asynchrone par un freinage, permet de raccourcir les phases de transition au cours desquelles les moyens de transmission et le moteur thermique sont accouplés ou désaccouplés. Les organes mécaniques périphériques peuvent ainsi passer très rapidement d'un entraînement par le moteur thermique, à un entraînement par l'alterno-démarreur, et vice-versa. Selon le cas, cela procure le sentiment à l'utilisateur soit que les organes mécaniques périphériques sont maintenus en fonctionnement quasi continu, soit que le moteur thermique a la capacité de redémarrer sans délai. Mais dans tous les cas de figure, l'agrément d'utilisation du système se voit considérablement amélioré. Il est important de préciser que l'invention est applicable dès lors qu'il convient de stopper les moyens de transmission, c'est-à-dire quel que soit le mode de fonctionnement de l'alterno-démarreur. Cela signifie en d'autres termes que l'arrêt peut être commandé juste après avoir coupé le moteur thermique en vue de permettre l'entraînement des organes mécaniques périphériques par l'alterno-démarreur, ou lorsque l'on désire stopper l'entraînement en question préalablement à un redémarrage du moteur thermique. Conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, le mode freinage peut consister en un freinage par injection de courant continu. Cette technique étant parfaitement connue de l'état de la technique, elle ne sera pas décrite en détail ici. On précisera simplement qu'elle consiste schématiquement à alimenter l'alterno-démarreur avec un courant continu. L'injection de ce type de courant dans le stator permet en effet de créer, dans la machine asynchrone, un champ magnétique fixe qui va s'opposer au mouvement de rotation du rotor, provoquant par là même une décélération rapide des moyens de transmission. Le freinage peut être contrôlé en modulant l'intensité du courant continu. Bien que les contraintes en courant soient très sévères, cette méthode s'avère la plus efficace pour freiner la machine asynchrone. A ce titre, elle constitue le mode de réalisation actuellement préféré de l'invention.35 -5- Mais selon un second mode de réalisation de l'invention, le mode freinage peut également consister en un freinage hypersynchrone. Comme précédemment, cette technique ne sera pas décrite de manière détaillée étant donné qu'elle fait elle aussi pleinement partie de l'état de la technique. On peut toutefois indiquer qu'elle consiste quant à elle à faire fonctionner l'alternodémarreur en génératrice asynchrone, c'est-à-dire à faire tourner le champs magnétique moins vite que le rotor. On sait en effet qu'une machine asynchrone a naturellement tendance à freiner lorsque la vitesse de rotation du rotor est supérieure à la vitesse du champ tournant. En utilisant un variateur de fréquence, il est par conséquent parfaitement possible d'arrêter la machine. Il est cependant connu que le couple de freinage ainsi généré est relativement faible. C'est pourquoi cette méthode s'avère nettement moins efficace que la première 15 décrite, pour freiner rapidement la machine asynchrone de l'alterno-démarreur. Conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention, le mode freinage peut aussi consister: - dans un premier temps en un freinage par injection de courant continu tant 20 que la vitesse de la machine asynchrone est supérieure à un second seuil S2, - dans un second temps en un freinage hypersynchrone dès que la vitesse du machine asynchrone devient inférieure au second seuil S2. L'ensemble est conçu de manière à ce que le second seuil S2 corresponde à la 25 vitesse de la machine asynchrone pour laquelle le couple du freinage par injection de courant continu est équivalent au couple du freinage asynchrone. Il s'agit là d'une solution évoluée qui combine de façon successive les freinages objets des premier et second modes de réalisation précédemment décrits. 30 Elle est bien entendu plus compliquée à mettre en oeuvre que les deux premières, considérées isolément, mais elle présente l'avantage d'offrir un résultat optimal. L'invention est également relative à un dispositif de commande d'un alterno- démarreur notamment de véhicule automobile, ledit alterno-démarreur étant équipé 35 d'une machine asynchrone et couplé en entraînement avec un moteur thermique par l'intermédiaire de moyens de transmission débrayables vis-à-vis dudit moteur -6- thermique. Ce dispositif de commande est remarquable en ce qu'il est en mesure de fonctionner conformément au procédé de commande précédemment décrit. La présente invention concerne en outre les caractéristiques qui ressortiront 5 au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, est destinée à mieux faire comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Elle 10 est par ailleurs donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 illustre l'intégration, dans un véhicule automobile, d'un alternodémarreur à même de fonctionner conformément au procédé de commande selon l'invention. La figure 2 est un diagramme permettant de comparer la décélération standard 15 d'un alterno-démarreur en phase d'arrêt, avec celle d'un alterno-démarreur piloté par un procédé de commande conforme à l'invention. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et 20 de manière schématique. La figure 1 représente donc un moteur thermique 10 de véhicule automobile, un alterno-démarreur 20 équipé d'une machine asynchrone triphasée, des moyens de transmission 30 couplant en entraînement le moteur thermique 10 et l'alterno- 25 démarreur 20, ainsi que des moyens de débrayage 40 des moyens de transmission 30 par rapport au moteur thermique 10. Dans ce mode particulier de réalisation, choisi uniquement à titre d'exemple, les moyens de transmission 30 se présentent sous la forme d'une classique courroie 30 d'accessoires 31. Cette dernière entraîne un unique organe mécanique périphérique 50 qui est ici constitué par un compresseur de climatisation 51 ; la transmission du mouvement s'opérant via un pignon d'entraînement 52. Les moyens de débrayage 40 comportent quant à eux un mécanisme 35 d'embrayage 41 qui agit entre un arbre de sortie 11 du moteur thermique 10, et un pignon d'entraînement 32 qui coopère directement avec la courroie d'accessoires 31. -7 Il est entendu ici que les moyens de débrayage 40 peuvent être quelconque, sous réserve bien évidemment qu'ils soient en mesure de coupler ou de désaccoupler les moyens de transmission 30 et le moteur thermique 10. L'alterno-démarreur 20 coopère avec la courroie d'accessoires 31 via un pignon d'entraînement 21. Il est par ailleurs alimenté électriquement à partir d'une source de courant continu, à savoir une batterie 60. Mais afin de pouvoir disposer également de courant alternatif, un onduleur 70 est interposé entre la batterie 60 et l'alterno-démarreur 20. C'est ainsi qu'au final, l'alterno-démarreur 20 a la possibilité d'être alimenté soit directement avec du courant continu pour faire du freinage par injection de courant continu, soit indirectement avec du courant alternatif pour faire du freinage hypersynchrone ou tout simplement assurer sa fonction de démarreur. Ainsi qu'on peut le voir toujours sur cette première figure, l'ensemble est complété par des moyens de commande 80 qui sont chargés de piloter l'alternodémarreur 20, et qui sont implantés au niveau de l'onduleur 70 dans cet exemple de réalisation. Il s'agit dans le cas présent de cartes électriques et de logiciels régissant les fonctionnalités normales de l'alterno-démarreur, c'est-à-dire moteur/démarreur et générateur/alternateur. Mais de manière particulièrement avantageuse, les moyens de commande 80 intègrent en outre un dispositif de commande 1 capable de faire fonctionner l'alternodémarreur 20 conformément au procédé de commande précédemment décrit. Dans cet exemple, le dispositif de commande 1 consiste là aussi en l'association d'une carte électronique et de logiciel. Afin de mettre en évidence l'efficacité de l'invention, on a simulé l'arrêt de la courroie d'accessoires 31 associée au compresseur de climatisation 51, avec et sans mise en oeuvre du procédé de commande. A cet égard, la figure 2 illustre l'ensemble des résultats, et permet donc une comparaison directe entre la décélération standard d'un alterno-démarreur en phase d'arrêt, et celle assistée d'un mode freinage d'un alterno-démarreur piloté par un procédé de commande conforme à l'invention. Plus précisément, le diagramme de la figure 2 montre dans chaque hypothèse, l'évolution de la vitesse angulaire de la machine asynchrone (en tours par minute) en fonction du temps (en seconde). Les deux courbes correspondent respectivement à un -8- arrêt standard avec simple décélération due au mode générateur, et à un arrêt assisté dont la décélération résulte de l'action combinée du mode générateur et du mode freinage. On note qu'à l'instant initial, la courroie d'accessoires 31 est entraînée par l'alterno-démarreur 20 à un régime correspondant au ralenti du moteur thermique 10. Lorsqu'à t0, l'ordre est donné de stopper la courroie d'accessoires 31, on observe une décélération franche qui correspond à la phase de mise en oeuvre du mode générateur. On note alors une parfaite superposition entre la courbe de décélération standard et la courbe de décélération avec freinage. Par contre, on observe une très nette différence de comportement dès la fin de la phase d'efficience du mode générateur, c'est-à-dire au voisinage de tl. Le redressement de la courbe de décélération standard illustre bien que le système évolue alors librement, et que l'arrêt complet ne dépend plus que des seuls frottements. A contrario, on remarque que la courbe de décélération avec freinage conserve sensiblement la même pente descendante. L'application du mode freinage permet en effet de maintenir sensiblement le niveau de décélération, et par conséquent d'obtenir un arrêt extrêmement rapide. Le gain de temps est dans cet exemple de l'ordre de 1 seconde. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un alterno-démarreur (20) notamment de véhicule automobile, ledit alterno-démarreur (20) étant équipé d'une machine asynchrone et couplé en entraînement avec un moteur thermique (10) par l'intermédiaire de moyens de transmission (30) débrayables vis-à-vis dudit moteur thermique (10), caractérisé en ce que pour arrêter les moyens de transmission (30), le procédé de commande comporte les étapes consistant à: mettre l'alterno-démarreur (20) en mode générateur tant que la vitesse de la 10 machine asynchrone est supérieure à un premier seuil S1, mettre l'alterno-démarreur (20) en mode freinage dès que la vitesse de la machine asynchrone devient inférieure au premier seuil S1, et en ce que le premier seuil S1 correspond à la vitesse de la machine asynchrone pour laquelle le couple en mode freinage est équivalent au couple en mode 15 générateur. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode freinage consiste en un freinage par injection de courant continu. 20 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode freinage consiste en un freinage hypersynchrone. 4. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode freinage consiste: 25 dans un premier temps en un freinage par injection de courant continu tant que la vitesse de la machine asynchrone est supérieure à un second seuil S2, et dans un second temps en un freinage hypersynchrone dès que la vitesse de la machine asynchrone devient inférieure au second seuil S2, et en ce que le second seuil S2 correspond à la vitesse de la machine asynchrone pour 30 laquelle le couple du freinage par injection de courant continu est équivalent au couple du freinage asynchrone. 5. Dispositif de commande (1) d'un alterno-démarreur (20) notamment de véhicule automobile, ledit alterno-démarreur (20) étant équipé d'une machine 35 asynchrone et couplé en entraînement avec un moteur thermique (10) par l'intermédiaire de moyens de transmission (30) débrayables vis-à-vis dudit moteur - 10 - thermique (10), caractérisé en ce qu'il est apte à fonctionner conformément au procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Véhicule automobile comportant un moteur thermique (10), un alterno-démarreur (10) équipé d'une machine asynchrone, des moyens de transmission (30) couplant en entraînement le moteur thermique (10) et l'alterno-démarreur (20), ainsi que des moyens de débrayage (40) des moyens de transmission (30) par rapport au moteur thermique (10), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande (1) selon la revendication précédente.10