Brevet FR2958393A1 — publié le 20111007

Dispositif de mesure et démarreur comprenant un tel dispositif. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des démarreurs de moteur à combustion interne et plus particulièrement à un dispositif de mesure de la position et de la vitesse du lanceur de démarreur. Arrière-plan technologique Cette invention s'inscrit dans le contexte de la technique automobile actuelle, notamment dans le cadre des démarreurs de moteurs thermiques possédant la fonctionnalité appelée communément « Stop & Start ». Cette fonctionnalité consiste à couper automatiquement le moteur lorsque la vitesse du véhicule est à zéro, par exemple à l'arrêt à un feu rouge ou dans toute autre situation nécessitant l'arrêt du véhicule, le moteur étant par la suite relancé automatiquement lorsque l'utilisateur le sollicite à nouveau. Ceci a pour but de réduire la consommation en carburant du véhicule ainsi que la pollution qu'il génère. Pour réaliser cette fonction « Stop & Start » encore appelée STT sur un véhicule à moteur thermique, notamment sur une voiture, il existe principalement deux possibilités fondées sur des organes de démarrage automobiles électromagnétiques. Soit on utilise un alterno- démarreur qui est une machine réversible placée sur la courroie du moteur, soit on utilise un démarreur adapté à la fonction STT. Ce genre de démarreur assure, lors de la phase de démarrage jusqu'à l'autonomie du moteur par les cycles de combustion, l'entrainement du vilebrequin du moteur thermique au moyen d'un pignon qui s'engrène sur la denture d'une couronne dentée montée sur le pourtour du volant moteur, l'engagement du pignon étant contrôlé par un solénoïde agencé dans le démarreur. Actuellement, les constructeurs automobiles cherchent encore à améliorer ce genre de démarreur STT, en particulier du fait qu'il serait souhaitable de disposer en supplément de la possibilité de relancer le moteur par l'organe de démarrage alors que le vilebrequin du moteur, contrairement au cas d'un démarrage habituel, ne s'est pas immobilisé. Ce genre de situation peut par exemple se produire en cas de volonté inopinée du conducteur à accélérer à bas régime. On connait des documents FR2925615 et FR2925615 un démarreur STT dont le pignon peut être mis en rotation avant qu'il soit engagé dans la couronne dentée du moteur thermique. Cependant, une opération d'engagement du pignon, qui est alors animé à la fois d'un mouvement de rotation et de translation, sur une couronne en rotation risque de produire un rebond des dents du pignon contre la denture de la couronne avec des effets sonores et d'usure voire de casse des dents, ce qui est inacceptable. Il existe donc un besoin de connaitre précisément la position et la vitesse longitudinale du pignon de démarreur, condition préalable nécessaire à l'amélioration du contrôle de l'engrènement du pignon de démarreur dans la couronne dentée, notamment en cas de rotation de celle-ci. Le problème à résoudre est de proposer un moyen permettant de connaitre la position et la vitesse longitudinale d'un élément cylindrique en translation animé de plus d'un mouvement de rotation, un tel moyen pouvant être facilement installé sur un matériel existant avec une modification minimale de ce matériel, un tel dispositif devant être aussi peu encombrant afin d'être facilement intégré dans ce matériel. Pour résoudre ce problème, l'invention propose un dispositif de mesure de la position et de la vitesse longitudinale d'un élément cylindrique se déplaçant le long de son axe central et étant animé de plus d'un mouvement de rotation autour dudit axe central, le dispositif comprenant une source lumineuse incidente, une cible destinée à réfléchir la lumière incidente, des moyens de réception de la lumière réfléchie, des moyens d'acquisition et de traitement d'un signal de l'intensité de lumière réfléchie reliés aux moyens de réception, caractérisé en ce qu'une pluralité de motifs parallèles et circonférentiels disposés à la surface extérieure de l'élément cylindrique constitue la cible, en ce que la lumière émise par la source lumineuse incidente est dirigée sur la cible, radialement à la surface extérieure, le déplacement longitudinal dudit élément produisant des variations d'intensité lumineuse réfléchie, lesdites variations étant utilisées par les moyens d'acquisition et de traitement pour déterminer la position et la vitesse longitudinale de l'élément cylindrique. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Dans une variante, l'élément cylindrique ayant une course longitudinale déterminée, la pluralité de motifs couvre la surface extérieure de l'élément cylindrique sur une longueur sensiblement égale à ladite course, afin d'optimiser la taille de la cible. 35 De préférence, le motif comprend une rainure pratiquée dans l'épaisseur de l'élément cylindrique, afin d'avoir une cible durable dans le temps.30 De préférence, la rainure présente une section transversale rectangulaire, afin de présenter des flancs nets et provoquer des transitions lumineuses franches. Dans une variante, la cible comporte des rainures de largeur identique et au moins une rainure de largeur différente des autres, afin de permettre de détromper le positionnement de la cible par rapport au moyen de réception. Dans une autre variante, la cible comporte des rainures espacées par un intervalle identique et au moins une paire de rainures espacée par un intervalle (différent des autres, afin de permettre de détromper le positionnement de la cible. De préférence, la source lumineuse incidente et les moyens de réception de la lumière réfléchie sont compris dans un même capteur, pour des raisons de compacité. L'invention a aussi pour objet un démarreur de moteur à combustion interne équipé d'un lanceur entrainable longitudinalement le long de son axe central et pouvant être mis en rotation autour dudit axe central, comprenant un dispositif de mesure de l'invention afin de déterminer la position et la vitesse longitudinale du lanceur. De préférence, le lanceur comprenant une cage de roue libre, la cible est disposée à la surface extérieure de la cage de roue libre, car la cage est présente une surface extérieure de taille appropriée pour permettre d'y disposer la cible. De préférence, la source lumineuse incidente et les moyens de réception sont placés, relativement au sens de lancement du lanceur, sensiblement en extrémité aval de la cible, afin de suivre sa position sa vitesse dès de début du mouvement du lanceur. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique de la partie principale d'un démarreur de moteur pour véhicule automobile comprenant le pignon et instrumenté du dispositif de l'invention. - La figure 2 est une vue détaillée d'un exemple de réalisation des rainures agencées à la périphérie de la cage de roue libre d'un démarreur. - La figure 3 est un graphe montrant un relevé de courant traversant le solénoïde du contacteur de démarreur, un signal de déplacement du pignon, un signal de rotation de l'induit, dans un cas où le moteur thermique tourne. Description détaillée On a représenté schématiquement à la figure 1 un démarreur 1 destiné à équiper un moteur à combustion interne de véhicule automobile et en particulier possédant la fonctionnalité appelée communément « Stop & Start » ou STT. On nommera encore un tel démarreur, un démarreur STT. Le démarreur 1 comprend un moteur électrique dont seul l'induit 2 est représenté sur la figure 1. Le moteur électrique est destiné à l'entrainement en rotation d'un arbre 3 d'axe central XX solidaire de l'induit 2. L'arbre 3 porte de manière coulissante un lanceur 4 de démarreur. Le lanceur 4 porte un pignon de démarreur 5 relié à une roue libre non visible sur la figure 1. La roue libre a pour axe de rotation l'axe central XX de l'arbre 3 auquel elle est reliée. Ainsi la roue libre transmet la rotation de l'induit 2 au pignon 5 tandis qu'elle n'autorise pas l'entrainement du démarreur par le moteur. Une cage 6 protège la roue libre. Le pignon 5 de démarreur comprend des dents 7. L'ensemble des éléments du démarreur est protégé par un boitier 8. Le lanceur 4 est présenté à la figure 1 en position de repos, lorsque le démarreur n'est pas activé électriquement. Lors d'une opération d'engagement, par exemple lors d'un démarrage du véhicule automobile, le lanceur 4 est amené de sa position de repos à une position active (non représentée sur la figure 1) dans laquelle les dents 7 viennent engrener avec les dents d'une couronne dentée (non représentée sur la figure 1) appartenant au volant moteur du moteur à combustion interne du véhicule. Le lanceur 4 est amené en position active par translation le long de l'arbre 3, jusqu'à sa venue en contact avec une butée 9 ménagée à l'extrémité de l'arbre 3. Le lanceur 4 se meut sous l'action d'un contacteur électromagnétique (non représenté sur la figure 1), Le lanceur 4 d'un démarreur STT peut de plus être mis en rotation autour de l'axe central xx par le moteur électrique avant d'être lancé pour être amené en position active. Dans ce cas, lors de l'opération d'engagement, le lanceur 4, donc aussi le pignon 5 est animé à la fois du mouvement de rotation autour de l'axe XX et du mouvement de translation le long de l'axe XX dans la direction de la butée 9. Cependant, une telle opération d'engagement du pignon 5 de démarreur sur une couronne dentée qui peut de plus être elle-même en rotation risque de produire un ou plusieurs rebonds des dents du pignon 5 contre la denture de la couronne avant que l'engrènement soit effectif. Afin d'améliorer notre connaissance des phénomènes responsables des rebonds, il est prévu de connaitre la position et la vitesse longitudinale du lanceur 4. Pour ce faire, on instrumente le démarreur 1 avec un dispositif optique de mesure. Conformément à l'invention, le dispositif optique comprend une source lumineuse incidente 10 telle qu'une fibre optique émettrice de lumière, des moyens de réception de la lumière réfléchi 11 tels qu'une fibre optique de réception de lumière, des moyens d'acquisition et de traitement 12 de l'intensité de la lumière réfléchie reliés à la fibre de réception 11. Les moyens d'acquisition et de traitement 12 permettent de déterminer une position D et une vitesse longitudinale V du lanceur 4, donc du pignon 5 qui lui est lié, à partir du relevé temporel de l'intensité du signal lumineux réfléchi. Pour des raisons de compacité, la fibre optique émettrice 10 et la fibre optique de réception 11 sont de préférence compris dans un même capteur optique 13. Pour compléter le dispositif optique, il est prévu une cible 14 sur laquelle est dirigée la lumière incidente et permettant de produire au cours du déplacement longitudinal du lanceur 4 le long de l'arbre 3 des variations d'intensité lumineuse réfléchie. Afin de ne pas être perturbé par le mouvement de rotation du lanceur 4, de préférence, il est prévu que la cible comprenne, pour produire ces variations d'intensité lumineuse réfléchie, une pluralité de motifs parallèles entre eux et circonférentiels. Ainsi, pour une position longitudinale donnée, on comprend que, quelle que soit la position angulaire du lanceur 4, la lumière incidente impacte toujours de la même façon la cible 14 et l'intensité lumineuse réfléchie ne varie pas. On pourrait, par exemple, produire de telles variations d'intensité lumineuse réfléchie en choisissant une cible 14 composée d'une succession de bandes de couleurs différentes parallèles entre elles disposées autour du lanceur 4, perpendiculairement à l'axe XX. Au cours du mouvement de translation du lanceur 4, le passage d'une bande à une autre produisant une variation de lumière réfléchie en raison du changement de couleur, il est ainsi possible de suivre le mouvement longitudinal du lanceur 4, indépendamment de sa rotation. Dans le mode de réalisation présenté en figure 1, la cible 14 est formée de motifs consistant en plusieurs rainures 15 parallèles entre elles et circonférentielles, pratiquées dans l'épaisseur de la cage 6, au niveau de la surface extérieure de celle-ci. La figure 2 détaillera plus loin un mode réalisation de cible 14 formée de telles rainures. Comme le montre encore la figure 1, la lumière incidente est dirigée par la fibre optique 10 sur la cible 14, à la surface extérieure de la cage 6, radialement à celle-ci. La lumière réfléchie est collectée par la fibre optique de réception 11 pour être transmise aux moyens d'acquisition et de traitement 12. Le capteur optiquel 3 est fixé au boitier 8. Le capteur optique 13 est positionné par rapport à la cage 6 de roue libre de manière à placer la fibre optique émettrice 10 et la fibre optique de réception 11, relativement au sens de lancement indiqué par la flèche référencée E sur les figures 1 et 2, en extrémité aval de la cible 14. Lors d'une opération d'engagement, le lanceur 4 se déplace d'une course C comprise entre sa position de repos et sa position active contre la butée 9. Afin d'avoir une information sur la position du lanceur 4 tout au long de sa course C, de préférence la cible 14 s'étend axialement sur une distance sensiblement égale à la course C. On peut prévoir, comme l'illustre la figure 1, de disposer un second capteur optique 16 pour suivre la rotation de l'induit 2 coopérant avec des marqueurs 17 disposé sur l'induit 2 disposé régulièrement à la circonférence de celui-ci afin d'en connaitre la position angulaire. On peut prévoir, comme l'illustre encore la figure 1, de disposer un accéléromètre 19 afin de détecter les chocs produits par le lanceur 4 lors de l'opération d'engagement et notamment les chocs du pignon 5 contre la couronne dentée. La figure 2 présente maintenant, en coupe, un exemple de réalisation d'un ensemble de rainures 15 pratiquées dans l'épaisseur de la cage 6 de roue libre. Dans cet exemple, de35 réalisation, les rainures 15 sont réalisées par usinage de la surface extérieure de la cage 6. Sur la figure 2, l'usinage de la surface extérieure de la cage 6 a été réalisé sur une distance, du, de 13 millimètres, qui est dans ce mode de réalisation équivalent à la course C, les rainures 15 ont une profondeur, p, qui peuvent être de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, en l'occurrence de 0,3 millimètre dans notre exemple de réalisation. L'extrémité aval de la cible 14 est désignée sur la figure 2 par la référence 20. La fibre optique émettrice 10 ainsi que la fibre optique de réception 11 sont placées sensiblement au niveau de cette extrémité aval. De préférence, les rainures 15 ont une section transversale rectangulaire, afin de présenter une paroi interne, P;nt, sensiblement perpendiculaire à l'axe XX de rotation. 15 Les rainures 15 présentent un creux de largeur, lc, d'un millimètre sauf pour une rainure 15' pour laquelle la largeur, le est de deux millimètres. En effet, il est prévu qu'au moins une rainure 15 ait une largeur différente des autres, cette rainure de largeur, lc, différente ayant une fonction de repérage et permettant de détromper la position du lanceur 4. 20 Chaque rainure 15 est espacée d'un intervalle 18 de largeur, d'un millimètre sauf pour un intervalle 18' pour lequel la largeur, est de deux millimètres. En effet, on peut prévoir d'avoir au moins une paire de rainures espacée par un intervalle 18' de largeur différente des autres, cet intervalle 18' de largeur différente, ici de deux millimètres a aussi une fonction d'aide au repérage en position du lanceur 4. 25 La figure 3 présente sous forme de graphes superposés en fonction du temps une courbe 30 du signal de courant traversant le solénoïde du contacteur électrique du démarreur, une courbe 31 du signal optique indiquant le déplacement du lanceur 4, donc du pignon 5, et une courbe 32 de signal de rotation de l'induit. 30 Pour la figure 3, le signal optique a la forme d'un signal créneau présentant une succession alternative de niveaux hauts et de niveaux bas. Le niveau haut de signal optique de cette courbe 31 correspond au passage du capteur optique 13 devant la surface d'un intervalle 18 tandis que le niveau bas de signal correspond au passage du 35 capteur optique 13 devant une rainure 15. La transition ou front entre un niveau haut et un niveau bas est nette grâce au fait d'avoir une paroi interne, P;nt, sensiblement perpendiculaire à l'axe XX de rotation, et permet de donner une information sur la position 5 10 longitudinale D du pignon 4, tandis que la vitesse V peut être évaluée connaissant le délai entre, dans cet ordre, un front descendant suivi d'un front montant et la largeur, lc, de la rainure 15 ou le temps entre, dans cet ordre, un front montant suivi d'un front descendant et la largeur, de l'intervalle 18 correspondant. L'invention a pour avantage de permettre de positionner le lanceur du début de course, jusqu'à la fin de course, dans un environnement où l'espace disponible pour implanter des moyens de mesure est restreint. Cette information peut ensuite être exploitée par une électronique adaptée de commande de la fonction démarrage. Le mode de réalisation n'est pas limitatif de l'invention. En effet, un tel dispositif convient pour déterminer la position et la vitesse longitudinales de tout élément de machine cylindrique, tel qu'un arbre, animé à la fois d'un mouvement de rotation autour d'un axe et un mouvement de translation le long de ce même axe. 15 Revendications1. Dispositif de mesure de la position et de la vitesse longitudinale d'un élément cylindrique se déplaçant le long de son axe central (XX) et étant animé de plus d'un mouvement de rotation autour dudit axe central, le dispositif comprenant une source lumineuse incidente (10), une cible (14) destinée à réfléchir la lumière incidente, des moyens (11) de réception de la lumière réfléchie, des moyens (12) d'acquisition et de traitement d'un signal de l'intensité de lumière réfléchie reliés aux moyens (11) de réception, caractérisé en ce qu'une pluralité de motifs parallèles et circonférentiels disposés à la surface extérieure de l'élément cylindrique constitue la cible (14), en ce que la lumière émise par la source (10) lumineuse incidente est dirigée sur la cible (14), radialement à la surface extérieure, le déplacement longitudinal dudit élément produisant des variations d'intensité lumineuse réfléchie, lesdites variations étant utilisées par les moyens (12) d'acquisition et de traitement pour déterminer la position et la vitesse longitudinale de l'élément cylindrique. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cylindrique ayant une course (C) longitudinale déterminée, la pluralité de motifs couvre la surface extérieure de l'élément cylindrique sur une longueur sensiblement égale à ladite course (C). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le motif comprend une rainure (15) pratiquée dans l'épaisseur de l'élément cylindrique. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rainure (15) présente une section transversale rectangulaire. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la cible (14) comporte des rainures (15) de largeur identique et au moins une rainure (15') de largeur différente des autres. 6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la cible (14) comporte des rainures espacées par un intervalle identique (18) et au moins une paire de rainures espacée par un intervalle (18') différent des autres. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source (10) lumineuse incidente et les moyens (11) de réception de la lumière réfléchie sont compris dans un même capteur (13). 8. Démarreur de moteur à combustion interne équipé d'un lanceur (4) entrainable longitudinalement le long de son axe central (XX) et pouvant être mis en rotation autour dudit axe central (XX) , caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes afin de déterminer la position et la vitesse longitudinale du lanceur. 9. Démarreur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le lanceur comprenant une cage (6) de roue libre, la cible (14) est disposée à la surface extérieure de la cage (6) de roue libre. 10. Démarreur selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que la source (10) lumineuse incidente et les moyens (11) de réception sont placés, relativement au sens de lancement (E) du lanceur (4), sensiblement en extrémité aval de la cible (14).