Brevet FR3009345A1 — publié le 20150206

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN ALTERNO-DEMARREUR DE VEHICULE AUTOMOBILE, ET ALTERNO-DEMARREUR CORRESPONDANT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un alterno-démarreur de véhicule automobile. L'invention concerne aussi un alterno-démarreur comportant un tel dispositif. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. Des considérations d'économie d'énergie et de réduction de la pollution, surtout en milieu urbain, conduisent les constructeurs de véhicules automobiles à équiper leurs modèles d'un système de démarrage/ arrêt automatique, tel que le système connu sous le terme anglo-saxon de « Stop and Go » (marque déposée). Ainsi que le rappelle la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR dans la demande de brevet FR2875549, les véhicules sont rendus aptes à fonctionner selon le mode « Stop and Go » (marque déposée) grâce à une machine électrique réversible, ou alterno-démarreur, couplé au moteur thermique. Une situation typique de « Stop and Go » (marque déposée) est celle de l'arrêt à un feu rouge. Lorsque le véhicule s'arrête au feu, le moteur thermique est automatiquement stoppé, puis, quand le feu devient vert, le moteur est redémarré au moyen de l'alterno-démarreur, comme suite à la détection par le système de l'enfoncement de la pédale d'embrayage par le conducteur, ou de toute autre action traduisant la volonté du conducteur de redémarrer son véhicule. Le développement de ces systèmes impose aujourd'hui de nouvelles contraintes aux équipementiers automobiles, relatives au respect de seuils de tension minima de la batterie lors de l'appel de courant au démarrage du démarreur. Ainsi, dans leurs cahiers des charges, les constructeurs automobiles définissent un seuil de tension compris habituellement entre 7 et 9 volts, pour un réseau de 12 V, en dessous duquel ne doit pas descendre la tension de batterie. Pendant le démarrage du moteur thermique, la tension du réseau de bord du véhicule reste ainsi à une valeur suffisante pour garantir le fonctionnement attendu des équipements, et ne pas entraîner de gêne pour les occupants en perturbant, par exemple, le fonctionnement d'un autoradio. Généralement, sur un alterno-démarreur utilisé en moteur, lors de l'activation 35 de l'onduleur à partir de l'arrêt, une commande pleine onde va permettre au courant - 2 - statorique de s'établir jusqu'à une valeur maximum qui ne dépendra que de la tension de la batterie et de la résistance du circuit d'alimentation (résistance des enroulements de phases, du câble d'alimentation, résistance interne de la batterie et des éléments de commutation), la force contre électromotrice étant négligeable. L'appel de courant, qui peut atteindre un millier d'ampères, crée une chute de tension importante sur le réseau électrique de bord, et impose une électronique de puissance dimensionnée pour ce fort courant. Dans la demande de brevet FR2843841, la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR propose un dispositif de commande d'un alterno10 démarreur de véhicule apte à fournir une tension supérieure à celle présente sur le réseau électrique de bord de manière à pallier la chute de tension. Mais, il va de soi que cette solution ne résout pas le problème du surdimensionnement de l'électronique de puissance, qui n'est nécessaire que pendant la courte phase transitoire précédent la montée en régime du démarreur. 15 DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. La présente invention vise donc à limiter cet appel de courant au moment du démarrage. Elle a précisément pour objet un procédé de commande d'un alterno20 démarreur de véhicule automobile, cet alterno-démarreur comportant des enroulements de phases connectés à un onduleur relié à un réseau électrique de bord alimenté par une batterie pour un fonctionnement en démarreur. Conformément au procédé selon l'invention, on commande l'onduleur dans un mode de commande pleine onde hachée quand la vitesse de rotation de 25 l'alterno-démarreur est inférieure à au moins une vitesse prédéterminée de seuil et dans un mode de commande pleine onde quand la vitesse de rotation de l'alternodémarreur est supérieure à ladite au moins une vitesse prédéterminée de seuil. Selon un mode de réalisation particulier du procédé, la commutation entre le mode de commande pleine onde hachée et le mode de commande pleine onde 30 intervient selon un cycle d'hystérésis faisant appel à deux vitesses prédéterminées de seuil. Selon une caractéristique particulière, un rapport cyclique de cette commande de pleine onde hachée dépend de la vitesse de rotation de l'alternodémarreur. - 3 - Alternativement ou simultanément, un rapport cyclique de cette commande de pleine onde hachée dépend avantageusement d'une tension d'alimentation du réseau électrique de bord. Alternativement ou simultanément encore, un rapport cyclique de cette 5 commande de pleine onde hachée dépend fort avantageusement d'une température des enroulements de phases. L'invention concerne également, un dispositif de commande d'un alternodémarreur de véhicule automobile apte à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. 10 Ce dispositif est du type de ceux comportant une unité électronique de contrôle pilotant un onduleur relié à un réseau électrique de bord alimenté par une batterie et destiné à être connecté à des enroulements de phases de l'alternodémarreur pour un fonctionnement en démarreur. Conformément au dispositif selon l'invention, l'unité électronique de contrôle 15 comprend: - des moyens d'acquisition d'une vitesse de rotation de l'alterno-démarreur; - des moyens de mémorisation d'au moins une vitesse prédéterminée de seuil; - des moyens de comparaison de la vitesse de rotation à ladite au moins une vitesse prédéterminée de seuil; 20 - des moyens de génération de premiers signaux de contrôle produisant des premières tensions de phases en pleine onde hachée ou de seconds signaux de contrôle produisant des secondes tensions de phases en pleine onde, en fonction d'états des moyens de comparaison. Selon une caractéristique particulière, cette unité électronique de contrôle 25 comprend en outre des moyens de contrôle de rapports cycliques des premières tensions de phases en fonction de la vitesse de rotation de l'alterno-démarreur. Alternativement ou simultanément, l'unité électronique de contrôle comprend en outre avantageusement: - des moyens de mesure d'une tension d'alimentation du réseau électrique de bord; 30 - des moyens de contrôle de rapports cycliques des premières tensions de phases en fonction de cette tension d'alimentation. Alternativement ou simultanément encore, l'unité électronique de contrôle comprend en outre fort avantageusement: - des moyens de mesure ou d'estimation d'une température des enroulements de 35 phases; -4- - des moyens de contrôle de rapports cycliques des premières tensions de phases en fonction de cette température. On tirera bénéfice d'un alterno-démarreur de véhicule automobile qui comprendra remarquablement un dispositif de commande présentant les 5 caractéristiques ci-dessus. Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description 10 qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. 15 La Figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un alterno-démarreur de véhicule automobile comprenant un dispositif de commande selon l'invention. La Figure 2 est un diagramme d'états-transitions du procédé de commande d'un alterno-démarreur de véhicule automobile selon l'invention. La Figure 3 montre un exemple de diagrammes de temps de tensions de 20 phases produites par le dispositif de commande d'un alterno-démarreur de véhicule automobile selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION. Un alterno-démarreur 1 est généralement une machine électrique tournante 25 polyphasée alimentée à partir du réseau électrique de bord 2, quand elle fonctionne en démarreur, ou fournissant de l'énergie électrique à ce réseau 2 quand elle fonctionne en alternateur. Un convertisseur CC/CA réversible 3 connecté au stator 4 permet de réaliser ces deux modes de fonctionnement. 30 Comme le représente schématiquement la Figure 1 (dans le cas d'une machine triphasée par simplification), le convertisseur CC/CA réversible 3 comporte des éléments de commutation à semi-conducteur 5, le plus souvent des transistors de puissance de technologie MOSFET, organisés en pont. Ces éléments de commutation 5 sont pilotés par une unité électronique de 35 contrôle 6 de manière à ce que le convertisseur 3 constitue un redresseur - 5 - synchrone pour un fonctionnement en alternateur de l'alterno-démarreur, et constitue un générateur polyphasé, ou onduleur, créant dans le stator 4 un champ tournant pour un fonctionnement en démarreur. Selon le procédé de l'invention, on commande l'onduleur 3 soit en mode de 5 commande pleine onde hachée, soit en mode de commande pleine onde suivant la plage de la vitesse de rotation 52 de l'alterno-démarreur 1. Comme montré à la Figure 2, dans cette forme particulière de réalisation, la commutation entre le mode de commande pleine onde hachée et le mode de commande pleine onde est une commutation avec hystérésis réalisée au moyen de 10 deux vitesses prédéterminées de seuil 01 et 02, avec 02 supérieure à 01. A partir de l'arrêt 7 où la vitesse de rotation 52 est égale à zéro, tant que la vitesse 52 croissante reste inférieure à la vitesse prédéterminée de seuil 02, on commande l'onduleur 3 dans le mode de commande pleine onde hachée 9, c'est-à-dire, dans le cadre d'une machine trois phases, que des premières tensions de 15 phases U1,V1,W1 appliquées sur les enroulements de phases u,v,w du stator 4 sont hachées, comme le montre bien la Figure 3; Quand la vitesse de rotation 52 atteint la vitesse prédéterminée de seuil 02, on commute la commande de l'onduleur 3 dans le mode de commande pleine onde 11, c'est-à-dire, toujours dans le cadre d'une machine trois phases, que des 20 secondes tensions de phases U2,V2,W2 appliquées sur les enroulements de phases u,v,w du stator 4 ont des formes d'onde rectangulaires déphasées de 120°, comme le montre aussi la Figure 3. La commutation du mode de commande pleine onde vers le mode de commande pleine onde hachée intervient sur une décroissance de la vitesse de 25 rotation 0, lorsque celle-ci devient inférieure à la vitesse prédéterminée de seuil 01. Sur une machine triphasée, la commande de pleine onde hachée 9 conduit à deux cas A, B: A - une phase est commandée à la tension d'alimentation B+ (ici 12 V) et deux phases à la masse: dans ce cas, le procédé selon l'invention revient à hacher 30 les deux phases à la masse de la commande pleine onde avec un rapport cyclique a et la phase à tension d'alimentation B+ reste pilotée à la tension d'alimentation B+ ; B - deux phases sont commandées à la tension d'alimentation B+ (ici 12 V) et une phase à la masse: dans ce cas, le procédé selon l'invention revient à hacher les - 6 - deux phases au B+ de la commande pleine onde avec un rapport cyclique complémentaire 1-a tandis que la phase à la masse reste à la masse. Le rapport cyclique a influe directement sur la valeur du courant maximum 5 atteint au démarrage et dépend par conséquent de différents paramètres: - tension d'alimentation B+ - vitesse de rotation 52 de la machine 1 - température T du stator 4 Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'unité électronique de contrôle 6 du 10 dispositif de commande 12 selon l'invention comprend donc des moyens de mesure de la tension d'alimentation B+ et des moyens de mesure de la température T du stator 4, outre des moyens d'acquisition de la vitesse de rotation 0, des moyens de mémorisation 13 des première et seconde vitesses prédéterminées de seuil 01, 02, sensiblement égales à 400 tr/mn et 500 tr/mn dans cette forme particulière de 15 réalisation, et des moyens de comparaison de cette vitesse de rotation 0 à ces première et seconde vitesses prédéterminées de seuil 01, 02. Cette unité électronique de contrôle 6 comprend des moyens de génération de premiers et seconds signaux de contrôle S1, S2 des éléments de commutation à semi-conducteur 5 qui produisent en sortie de l'onduleur 3, respectivement, des 20 premières tensions de phases U1,V1,W1 en pleine onde hachée ou des secondes tensions de phases U2,V2,W2 en pleine onde en fonction d'états de sortie de comparaison des moyens de comparaison, selon la valeur de la vitesse de rotation 52 par rapport aux vitesses prédéterminées de seuil 01, 02. Les premiers signaux de commande S1 présentent de préférence une 25 fréquence comprise entre 1 KHz et 5 KHz. L'unité électronique de contrôle 6 comprend également des moyens de contrôle des rapports cycliques des premières tensions de phases U1,V1,W1 mis, selon les phases, à une valeur commune a fonction de la tension d'alimentation B+, de la vitesse de rotation 0 et de la température du stator 4, ou à sa valeur 30 complémentaire 1-a en générant les premiers signaux de commande S1 appropriés. L'unité électronique de contrôle 6 est de préférence réalisée sous la forme d'un microcontrôleur dont le microprogramme comprend des instructions représentatives du procédé selon l'invention. - 7 - Le dispositif de commande 12 sel6n l'invehtion comprenant l'onduleur 3 et l'unité électronique de contrôle 6 est avantageusement intégré sur le palier arrière de l'alterno-démarreur 1. L'appel de courant au démarrage étant réduit, les éléments de commutation 5 à semi-conducteur 5 n'ont pas besoin d'être surdimensionnés. Il en résulte une réduction des coûts qui procure à l'alterno-démarreur selon l'invention un avantage concurrentiel certain. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus. 10 Les diagrammes de temps des tensions de phases U1,V1,W1; U2,V2,W2 ne sont donnés qu'à titre d'exemple pour une machine triphasée; des diagrammes de temps similaires pourraient illustrer une description se rapportant à une machine présentant un plus grand nombre de phases, notamment double triphasée. Les valeurs numériques des première et seconde vitesses prédéterminées 15 01, 02 sont données pour un type d'alterno-démarreur déjà commercialisé par la société demanderesse que le procédé et le dispositif selon l'invention ont pour but d'améliorer. D'autres valeurs numériques seront prédéterminées en fonction des caractéristiques électro-mécaniques d'autres types ou modèles. 20 L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation qui resteraient dans le cadre défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1) Procédé de commande d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile, ledit alterno-démarreur (1) comportant des enroulements de phases (u,v,w) connectés à 5 un onduleur (3) relié à un réseau électrique de bord (2) alimenté par une batterie pour un fonctionnement en démarreur, caractérisé en ce que l'on commande ledit onduleur (3) dans un mode de commande pleine onde hachée (9) quand la vitesse de rotation (0) dudit alterno-démarreur (1) est inférieure à au moins une vitesse prédéterminée de seuil (01, 02) et dans un mode de commande pleine onde (11) 10 quand la vitesse de rotation (0) dudit alterno-démarreur (1) est supérieure à ladite au moins une vitesse prédéterminée de seuil (01, 02). 2) Procédé de commande d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce la commutation entre le mode de commande 15 pleine onde hachée (9) et le mode de commande pleine onde (11) intervient selon un cycle d'hystérésis faisant appel à deux vitesses prédéterminées de seuil (01, 02). 3) Procédé de commande d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon 20 la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un rapport cyclique (a) de ladite commande de pleine onde hachée (9) dépend de ladite vitesse de rotation (0). 4) Procédé de commande d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un rapport cyclique (a) de ladite 25 commande de pleine onde hachée (9) dépend d'une tension d'alimentation (B+) dudit réseau électrique de bord (2). 5) Procédé de commande d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un rapport cyclique (a) de ladite 30 commande de pleine onde hachée (9) dépend d'une température (T) desdits enroulements de phases (u,v,w). 6) Dispositif de commande (12) d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 35 5 précédentes, du type de ceux comportant une unité électronique de contrôle (6)- 9 - pilotant un onduleur (3) relié à un réseau électrique de bord (2) alimenté par une batterie et destiné à être connecté à des enroulements de phases (u,v,w) dudit alterno-démarreur (1) pour un fonctionnement en démarreur, caractérisé en ce que ladite unité électronique de contrôle (6) comprend: - des moyens d'acquisition d'une vitesse de rotation (0) dudit alterno-démarreur (1); - des moyens de mémorisation (13) de ladite au moins une vitesse prédéterminée de seuil (01, 02); - des moyens de comparaison (8, 10) de ladite vitesse de rotation (0) à ladite au moins une vitesse prédéterminée de seuil (01, 02); - des moyens de génération de premiers signaux de contrôle (S1) produisant des premières tensions de phases (U1,V1,W1) en pleine onde hachée ou de seconds signaux de contrôle (S2) produisant des secondes tensions de phases (U2,V2,W2) en pleine onde, en fonction d'états desdits moyens de comparaison (8,10). 7) Dispositif de commande (12) d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite unité électronique de contrôle (6) comprend en outre des moyens de contrôle de rapports cycliques (a, 1- a) desdites premières tensions de phases (U1,V1,W1) en fonction de ladite vitesse de rotation (0). 8) Dispositif de commande (12) d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite unité électronique de contrôle (6) comprend en outre: - des moyens de mesure d'une tension d'alimentation (B+) dudit réseau électrique 25 de bord (2); - des moyens de contrôle de rapports cycliques (a, 1-a) desdites premières tensions de phases (U1,V1,W1) en fonction de ladite tension d'alimentation (B+). 9) Dispositif de commande (12) d'un alterno-démarreur (1) de véhicule automobile 30 selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite unité électronique de contrôle (6) comprend en outre: - des moyens de mesure ou d'estimation d'une température (T) desdits enroulements de phases (u,v,w); - des moyens de contrôle de rapports cycliques (a, 1-a) desdites premières tensions 35 de phases (U1,V1,W1) en fonction de ladite température (T).- 10 - 10) Alterno-démarreur (1) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande (12) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 précédentes.5