FR3001095A1 - Control device for controlling power train of motor vehicle, has phase shifting unit provided for transmitting control signals of power supply of electrical machine delayed by time offset to power supply of another electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
Système et procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile comprenant au moins deux machines électriques identiques L'invention a pour domaine technique la commande de Machines électriques à Réluctances Variables Commutées (MRVC), et plus particulièrement la commande de la réduction d'ondulation de couple dans de telles machines. La commande des MRVC se fait via une commande découpage de chacune des phases qui génère spontanément des ondulations de couple. Le problème est communément étudié via l'approche de la commande sinus qui nécessite un changement de géométrie du rotor ou d'autres stratégies de commandes. Des artifices de géométrie de dents rotor ou de stator permettent également de limiter ces ondulations de couple, ou d'utiliser des accouplements souples. Toutefois, les résultats obtenus à ce jour sont insuffisants, les ondulations de couple demeurant sensiblement perceptibles. De l'état de la technique, on connait les documents JP2007- 07503198, W02007117412 et FR2966303 qui mentionnent des machines discoïdes à double stators dans lesquels un stator peut être décalé angulairement par rapport à l'autre de manière active et variable. La commande de chacun des stators reste constante, sans déphasage. Il existe un problème relatif aux vibrations sur les MRVC causées par les ondulations de couple intrinsèques à leurs fonctionnements qui nécessitent des filtrations sur l'arbre et à des isolations acoustiques. Un premier objet de l'invention est un système de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile, comprenant au moins deux machines électriques identiques, reliées en série à au moins un jeu de roues motrices, chaque machine électrique étant alimentée par une alimentation à découpage, un décalage angulaire existant entre les machines électriques. Le système comprend un moyen de commande de la première machine électrique apte à déterminer des signaux de commande de l'alimentation à découpage de la première machine en fonction d'une mesure de position de la première machine, et d'une mesure des courants alimentant la première machine, un moyen de détermination de la période de rotation de la première machine électrique en fonction de la mesure de position de la première machine électrique, et au moins un moyen de déphasage apte à commander l'alimentation à découpage d'une desdites machines électriques autre que la première machine électrique en émettant les signaux de commande de l'alimentation à découpage de la première machine électrique retardés d'un décalage temporel à destination de l'alimentation à découpage de la machine électrique commandée.The invention relates to the technical field of control of electrical machines with variable switched capacitances (MRVC), and more particularly to the control of the reduction of a motor vehicle powertrain comprising at least two identical electrical machines. torque ripple in such machines. The control of the MRVC is via a control cut of each of the phases that spontaneously generates torque ripples. The problem is commonly studied via the sine command approach which requires a change in rotor geometry or other control strategies. Artifices of geometry of rotor teeth or stator also limit these torque ripple, or use flexible couplings. However, the results obtained to date are insufficient, the torque ripples remaining substantially perceptible. Of the state of the art, JP2007-07503198, WO2007117412 and FR2966303 are known which mention discoid machines with double stators in which a stator can be angularly offset with respect to the other in an active and variable manner. The control of each of the stators remains constant, without phase shift. There is a problem with MRVC vibrations caused by torque ripples intrinsic to their operation that require tree filtration and acoustic isolation. A first object of the invention is a motor vehicle powertrain control system, comprising at least two identical electrical machines, connected in series with at least one set of drive wheels, each electric machine being powered by a power supply. cutting, an angular offset existing between the electrical machines. The system comprises a control means of the first electrical machine able to determine control signals of the switching power supply of the first machine according to a position measurement of the first machine, and a measurement of the currents supplying power. the first machine, a means for determining the period of rotation of the first electrical machine as a function of the position measurement of the first electrical machine, and at least one phase-shifting means able to control the switching power supply of one of said electrical machines other than the first electrical machine by transmitting the control signals of the switching power supply of the first electrical machine delayed by a time offset to the switching power supply of the controlled electric machine.
Le moyen de déphasage peut être apte à déterminer le décalage temporel en fonction de la période de rotation de la première machine, des paramètres physiques des machines électriques, du décalage angulaire et du nombre de machines électriques reliées en série. Le décalage angulaire peut exister entre le rotor de la première machine électrique et le rotor de ladite autre machine électrique. Le décalage angulaire peut exister entre le stator de la première machine électrique et le stator de ladite autre machine électrique. Le décalage angulaire peut correspondre à la somme d'un premier décalage angulaire existant entre le rotor de la première machine électrique et le rotor de ladite autre machine électrique et d'un deuxième décalage angulaire existant entre le stator de la première machine électrique et le stator de ladite autre machine électrique. Un autre objet de l'invention est un procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile, comprenant au moins deux machines électriques identiques, reliées en série à au moins un jeu de roues motrices, chaque machine électrique étant alimentée par une alimentation à découpage, un décalage angulaire existant entre les machines électriques. Le procédé comprend les étapes suivantes : on détermine une commande de l'alimentation à découpage de la première machine électrique en fonction d'une mesure de position de la première machine, et d'une mesure des courants alimentant la première machine électrique, on détermine la période de rotation de la première machine électrique en fonction de la mesure de position de la première machine, pour chacune desdites machines électriques autre que la première, on émet les signaux de commande de l'alimentation à découpage de la première machine électrique retardés d'un décalage temporel à destination de l'alimentation à découpage de la machine électrique commandée. Pour chacune desdites machines électriques autre que la première, on peut déterminer le décalage temporel en fonction de la période de rotation de la première machine électrique, des paramètres physiques des machines électriques, du décalage angulaire et du nombre de machines électriques reliées en série. Le décalage angulaire peut exister entre le rotor de la première machine électrique et le rotor d'une desdites autres machines électriques. Le décalage angulaire peut exister entre le stator de la première machine électrique et le stator d'une desdites autres machines électriques. Le décalage angulaire peut correspondre à la somme d'un premier décalage angulaire existant entre le rotor de la première machine électrique et le rotor d'une desdites autres machines électriques et d'un deuxième décalage angulaire existant entre le stator de la première machine électrique et le stator d'une desdites autres machines électriques.The phase shift means may be able to determine the time offset as a function of the rotation period of the first machine, the physical parameters of the electrical machines, the angular offset and the number of electrical machines connected in series. The angular offset may exist between the rotor of the first electrical machine and the rotor of the other electrical machine. The angular offset may exist between the stator of the first electrical machine and the stator of said other electrical machine. The angular offset may correspond to the sum of a first angular offset existing between the rotor of the first electrical machine and the rotor of the said other electrical machine and a second angular offset existing between the stator of the first electrical machine and the stator. said other electrical machine. Another object of the invention is a control method of a power unit of a motor vehicle, comprising at least two identical electrical machines, connected in series with at least one set of drive wheels, each electric machine being powered by a power supply. cutting, an angular offset existing between the electrical machines. The method comprises the following steps: determining a control of the switching power supply of the first electrical machine as a function of a position measurement of the first machine, and a measurement of the currents supplying the first electrical machine, is determined the period of rotation of the first electrical machine as a function of the position measurement of the first machine, for each of said electrical machines other than the first, the control signals of the switching power supply of the first electrical machine delayed are issued; a time offset to the switching power supply of the controlled electric machine. For each of said electrical machines other than the first one, it is possible to determine the time offset as a function of the rotation period of the first electrical machine, the physical parameters of the electrical machines, the angular offset and the number of electrical machines connected in series. The angular offset may exist between the rotor of the first electrical machine and the rotor of one of said other electrical machines. The angular offset may exist between the stator of the first electrical machine and the stator of one of said other electrical machines. The angular offset may correspond to the sum of a first angular offset existing between the rotor of the first electrical machine and the rotor of one of said other electrical machines and a second angular offset existing between the stator of the first electrical machine and the stator of one of said other electrical machines.
D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 illustre un groupe motopropulseur comprenant une machine électrique de type MRVC selon l'état de la technique antérieur, -les figures 2a à 2c illustrent un groupe motopropulseur comprenant deux machines électriques de type MRVC selon l' invention, - la figure 3 illustre le moyen de commande des machines électriques, et - la figure 4 illustre le procédé de commande des machines électriques. La figure 1 illustre une machine électrique 1 de type MRVC connectée par sa sortie à une chaine cinématique de transmission 2, elle-même connectée à des roues motrices 3a, 3b. Dans un tel mode de réalisation, des oscillations de couple apparaissent du fait de l'alimentation des phases du rotor 4 et du stator 5 de la machine électrique 1 par des alimentations à découpage. Les figures 2a à 2b illustrent des modes de réalisation d'un groupe motopropulseur selon l'invention, dans lesquels la machine électrique unique 1 est remplacée par deux machines électriques la, lb identiques et présentant chacune au moins la moitié de la puissance de machine unique 1 remplacée. Dans tous les modes de réalisation, un décalage angulaire existe entre les deux machines électriques la, lb de sorte que les oscillations de l'une soient compensées au moins en partie par les oscillations de l'autre. Idéalement, les oscillations des deux machines électriques la,lb sont en opposition de phase. Les stators 5a et 5b respectivement des machines électriques la, lb, comprennent chacun un bobinage présentant un angle par rapport à leur axe. Sur les figures 1 à 2c, ces bobinages sont représentés par des hachures obliques. Autrement dit les cannelures des stators 5a et 5b sont décalées d'une machine à l'autre d'un décalage angulaire fixe, ce décalage étant réalisé lors de la fixation des stators sur leurs bâtis respectifs. De même, les rotors 4a et 4b respectivement des machines électriques la, lb, comprennent chacun un bobinage. Sur les figures 1 à 2c, ces bobinages sont représentés par des traits horizontaux dans chacun des rotors. Les modes de réalisation du groupe motopropulseur peuvent donc comprendre les alternatives suivantes.Other objects, features and advantages will appear on reading the following description given solely as a non-limitative example and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 illustrates a powertrain comprising an MRVC type electric machine according to the state of the prior art, FIGS. 2a to 2c illustrate a power unit comprising two electrical machines of the MRVC type according to the invention; FIG. 3 illustrates the control means of the electrical machines, and FIG. the control method of electrical machines. FIG. 1 illustrates an electric machine 1 of the MRVC type connected by its output to a transmission kinematic chain 2, itself connected to drive wheels 3a, 3b. In such an embodiment, torque oscillations occur due to the supply of the phases of the rotor 4 and the stator 5 of the electric machine 1 by switching power supplies. FIGS. 2a to 2b illustrate embodiments of a powertrain according to the invention, in which the single electric machine 1 is replaced by two identical electric machines 1a, 1b and each having at least half the power of a single machine. 1 replaced. In all embodiments, an angular offset exists between the two electric machines 1a, 1b so that the oscillations of one are compensated at least in part by the oscillations of the other. Ideally, the oscillations of the two electric machines la, lb are in opposition of phase. The stators 5a and 5b respectively of the electric machines 1a, 1b, each comprise a winding having an angle with respect to their axis. In Figures 1 to 2c, these coils are represented by oblique hatching. In other words, the splines of the stators 5a and 5b are shifted from one machine to the other by a fixed angular offset, this shift being made during the fixing of the stators on their respective frames. Likewise, the rotors 4a and 4b respectively of the electric machines 1a, 1b, each comprise a winding. In Figures 1 to 2c, these coils are represented by horizontal lines in each of the rotors. The embodiments of the powertrain may therefore include the following alternatives.
Les deux machines électriques la, lb peuvent présenter la même géométrie de rotor 4a,4b, mais présenter des stators différents 5a,5b, le stator 5b de la deuxième machine lb présentant un décalage angulaire par rapport au stator 5a de la première machine la. Les rotors 4a, 4b présentant la même géométrie, ils peuvent être réalisés simultanément lors du même procédé de fabrication. La figure 2a illustre une telle variante. On peut voir notamment qu'un écart angulaire Alpha est présent entre les enroulages des stators 5a, Sb des machines électriques la, lb. Alternativement, les deux machines électriques la, lb peuvent présenter la même géométrie de stator 5a, Sb, mais présenter des rotors 4a,4b différents, le rotor 4b de la deuxième machine lb présentant un décalage angulaire par rapport au rotor 4a de la première machine la. Dans ce cas le décalage angulaire entre les rotors est réalisé de manière fixe lors du frettage de chacun de ces rotors sur leur arbre.The two electric machines 1a, 1b may have the same rotor geometry 4a, 4b, but have different stators 5a, 5b, the stator 5b of the second machine 1b having an angular offset with respect to the stator 5a of the first machine 1a. The rotors 4a, 4b having the same geometry, they can be made simultaneously during the same manufacturing process. Figure 2a illustrates such a variant. It can be seen in particular that an angular gap Alpha is present between the windings of the stators 5a, Sb of the electric machines 1a, 1b. Alternatively, the two electric machines 1a, 1b may have the same stator geometry 5a, Sb, but have different rotors 4a, 4b, the rotor 4b of the second machine 1b having an angular offset with respect to the rotor 4a of the first machine the. In this case the angular offset between the rotors is made fixed during the hooping of each of these rotors on their shaft.
Les stators 5a, Sb présentant la même géométrie, ils peuvent être réalisés simultanément lors du même procédé de fabrication. La figure 2b illustre une telle variante. On peut voir notamment qu'un écart angulaire Alpha est présent entre les enroulages des rotors 4a, 4b des machines électriques la, lb.The stators 5a, Sb having the same geometry, they can be made simultaneously during the same manufacturing process. Figure 2b illustrates such a variant. It can be seen in particular that an angular difference Alpha is present between the windings of the rotors 4a, 4b of the electric machines 1a, 1b.
Alternativement, les deux machines électriques la, lb peuvent présenter des rotors 4a, 4b et des stators 5a, Sb différents, le stator Sb de la deuxième machine lb présentant un premier décalage angulaire par rapport au stator 5a de la première machine la, le rotor 4b de la deuxième machine lb présentant un deuxième décalage angulaire par rapport au rotor 4a de la première machine la. Les deux machines la, lb présentent alors un décalage angulaire entre elles égal à la somme du premier décalage angulaire et du deuxième décalage angulaire. La figure 2c illustre une telle variante. On peut voir notamment qu'un écart angulaire Alphal est présent entre les enroulages des rotors 4a, 4b des machines électriques la, lb, et qu'un écart angulaire Alpha2 est présent entre les enroulages des stators 5a, 5b. L'écart angulaire total Alpha étant égal à la somme des écarts angulaires Alphal et Alpha2. La commande des deux machines étant similaire à un décalage angulaire prêt, la commande de l'une des deux machines correspond à une recopie de la commande de l'autre machine, décalée temporellement de sorte à maintenir le décalage angulaire existant entre les deux machines. Le procédé de commande des deux machines électriques est décrit plus bas en rapport avec la figure 4.Alternatively, the two electric machines 1a, 1b may have different rotors 4a, 4b and stators 5a, Sb, the stator Sb of the second machine 1b having a first angular offset with respect to the stator 5a of the first machine 1a, the rotor 4b of the second machine lb having a second angular offset relative to the rotor 4a of the first machine la. The two machines 1a, 1b then have an angular offset between them equal to the sum of the first angular offset and the second angular offset. Figure 2c illustrates such a variant. It can be seen in particular that an angular difference Alphal is present between the windings of the rotors 4a, 4b of the electric machines 1a, 1b, and that an angular gap Alpha2 is present between the windings of the stators 5a, 5b. The total angular difference Alpha is equal to the sum of the angular differences Alphal and Alpha2. The control of the two machines being similar to a ready angular offset, the control of one of the two machines corresponds to a copy of the control of the other machine, shifted temporally so as to maintain the angular offset between the two machines. The control method of the two electrical machines is described below with respect to FIG. 4.
La figure 3 illustre un système de commande 6 des deux machines électriques la, lb. Le système de commande 6 comprend un moyen de commande 7 de la première machine électrique, un moyen de détermination 8 de la période de la première machine électrique et un moyen de déphasage 9. Cette période correspond à la période du signal d'ondulation de couple de la machine. Le moyen de commande 7 de la première machine électrique détermine les signaux de commande de l'alimentation à découpage de l'une des deux machines, par exemple la première machine la. Le moyen de commande 7 de la première machine électrique la reçoit en entrée une mesure de position de la première machine la, et une mesure des courants alimentant la première machine la. Le moyen de commande 7 de la première machine électrique émet en sortie des signaux de commande de chacun des interrupteurs de l'alimentation à découpage de la première machine la.FIG. 3 illustrates a control system 6 of the two electric machines 1a, 1b. The control system 6 comprises a control means 7 of the first electrical machine, a determination means 8 of the period of the first electrical machine and a phase shift means 9. This period corresponds to the period of the torque ripple signal of the machine. The control means 7 of the first electrical machine determines the control signals of the switching power supply of one of the two machines, for example the first machine 1a. The control means 7 of the first electrical machine receives as input a position measurement of the first machine 1a, and a measurement of the currents supplying the first machine 1a. The control means 7 of the first electrical machine outputs control signals from each of the switches of the switching power supply of the first machine 1a.
Un signal de synchronisation est déterminé par le moyen de détermination 8 de la période de la première machine électrique en fonction de la mesure de position de la première machine reçue en entrée. Le signal de synchronisation est directement relié à la période de rotation de la première machine électrique la.A synchronization signal is determined by the determining means 8 of the period of the first electric machine according to the position measurement of the first machine received at the input. The synchronization signal is directly connected to the period of rotation of the first electric machine la.
Le moyen de déphasage 9 pilote l'alimentation à découpage de la deuxième machine lb en fonction des signaux de commande de la première machine la reçus du moyen de commande 7 de la première machine électrique et du signal de synchronisation reçu du moyen de détermination 8 de la période de la première machine électrique la. Le moyen de déphasage 9 retarde les signaux de commande de chacun des interrupteurs de l'alimentation à découpage de la première machine d'un décalage temporel AT. Le décalage AT est déterminé en appliquant l'équation suivante : AT =ndents rotor - nphases - a - Trotation (Eq. 1) Avec : nclents rotor- nombre de dents du rotor des machines électriques, nphases= nombre de courants ou phases distincts alimentant chaque machine électrique, a= nombre fixe correspondant au décalage angulaire des machines et Trotation-Période de rotation du rotor. Il est à noter que a correspond à un pourcentage de la différence d'angle électrique entre deux phases électriques, soit a=K*2Pi/(Nombre de Phases multiplié par le Nombre de Pôles) avec K=[0,1]. On prendra une valeur de K autour de 50% que des calculs et des simulations permettront d'affiner en fonction de la forme du couple.The phase-shifting means 9 controls the switching power supply of the second machine 1b as a function of the control signals of the first machine 1 received by the control means 7 of the first electrical machine and the synchronization signal received from the determination means 8 of the first machine. the period of the first electric machine la. The phase-shifting means 9 delays the control signals of each of the switches of the switching power supply of the first machine by a time shift AT. The offset AT is determined by applying the following equation: AT = ndents rotor - nphases - a - Trotation (Eq.1) With: nclents rotor - number of rotor teeth of electrical machines, nphases = number of separate currents or phases feeding each electrical machine, a = fixed number corresponding to the angular offset of the machines and Rotation-period of rotation of the rotor. It should be noted that a corresponds to a percentage of the difference in electrical angle between two electrical phases, ie a = K * 2Pi / (Number of Phases multiplied by the Number of Poles) with K = [0,1]. We will take a value of K around 50% that calculations and simulations will refine according to the shape of the couple.
Le réglage de la valeur a permet d'atténuer le couple total en faisant se croiser les couples des deux moteurs. Ces derniers présentent une ondulation d'une période égale au nombre de phases multiplié par Trotation. Les signaux de commande décalés sont ensuite transmis à l'alimentation à découpage de la deuxième machine électrique lb. Le procédé de commande, illustré par la figure 4, va maintenant être décrit. Au cours d'une première étape 10, on détermine les signaux de commande de l'alimentation à découpage de la première machine électrique en fonction d'une mesure de position de la première machine la, et d'une mesure des courants alimentant la première machine électrique la. Au cours d'une deuxième étape 11, on détermine un signal de synchronisation en fonction de la mesure de position de la première machine la, le signal de synchronisation étant directement relié à la période de rotation de la première machine électrique. Au cours d'une troisième étape 12, on détermine les signaux de commande de l'alimentation à découpage de la deuxième machine lb en fonction des signaux de commande de la première machine la et du signal de synchronisation. Pour cela, on recopie les signaux de commande de chacun des interrupteurs de l'alimentation à découpage de la première machine et on les décale d'un décalage temporel AT fonction du signal de synchronisation et des paramètres physiques des deux machines électriques (nombre de dents, nombre de courants alimentant une machine électrique, décalage angulaire) obtenu par application de l'équation 1, avant de les transmettre à l'alimentation à découpage de la deuxième machine électrique lb. Alternativement, il est possible de considérer plus de deux machines électriques commandées en déphasage de sorte à minimiser les oscillations de couple. Dans une telle alternative, des étapes similaires à la troisième étape sont ajoutées pour chaque machine supplémentaire au-delà de la deuxième machine. Chaque étape ajoutée détermine un décalage temporel différent pour chaque machine supplémentaire de sorte que les oscillations de couple générées par chaque machine forment des interférences destructives avec les oscillations de couples des autres machines. Par exemple, si trois machines électriques sont employées, la deuxième machine est décalée d'un tiers de période par rapport à la première machine, la troisième machine étant décalée de deux tiers de période par rapport à la première machine.The adjustment of the value a makes it possible to attenuate the total torque by making the pairs of the two motors cross each other. The latter have a ripple of a period equal to the number of phases multiplied by Trotation. The offset control signals are then transmitted to the switching power supply of the second electric machine 1b. The control method, illustrated in Figure 4, will now be described. During a first step 10, the control signals of the switching power supply of the first electrical machine are determined as a function of a position measurement of the first machine 1a, and a measurement of the currents supplying the first machine. electric machine. During a second step 11, a synchronization signal is determined as a function of the position measurement of the first machine 1a, the synchronization signal being directly connected to the rotation period of the first electrical machine. During a third step 12, the control signals of the switching power supply of the second machine 1b are determined according to the control signals of the first machine 1a and the synchronization signal. For this purpose, the control signals of each of the switches of the switching power supply of the first machine are copied and offset by a time shift AT function of the synchronization signal and the physical parameters of the two electrical machines (number of teeth , number of currents supplying an electric machine, angular offset) obtained by applying equation 1, before transmitting them to the switching power supply of the second electric machine 1b. Alternatively, it is possible to consider more than two electrical machines controlled phase shift so as to minimize torque oscillations. In such an alternative, steps similar to the third step are added for each additional machine beyond the second machine. Each added step determines a different time offset for each additional machine so that the torque oscillations generated by each machine form destructive interferences with the torque oscillations of the other machines. For example, if three electrical machines are used, the second machine is shifted one-third of a period with respect to the first machine, the third machine being shifted by two-thirds of the period with respect to the first machine.
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- 2013-01-15 FR FR1350328A patent/FR3001095B1/en not_active Expired - Fee Related
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