FR3078215A1 - Procede d'assistance au calage d'un moteur thermique par une machine electrique tournante - Google Patents

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique (11) de véhicule automobile, par génération d'un couple résistif par une machine électrique tournante (10), ladite machine électrique tournante (10) comportant: - un rotor bobiné (19) destiné à être parcouru par un courant d'excitation (lex), et - un stator (18) comportant plusieurs phases (U, V, W), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de réception d'un couple de consigne (Tcons), - une étape de mesure de la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) de la machine électrique tournante, - une étape d'application en entrée d'une cartographie, du couple de consigne (Tcons) et de la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) pour obtenir une valeur d'un courant d'excitation de consigne, - une étape d'application d'un courant d'excitation (lexc) au rotor bobiné (19) correspondant au courant d'excitation de consigne alors que les phases du stator (18) sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique tournante (10) génère le couple résistif.

Description

PROCÉDÉ D'ASSISTANCE AU CALAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE
PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE
La présente invention porte sur un procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique par une machine électrique tournante.
De façon connue en soi, une machine électrique réversible peut être accouplée au moteur thermique, notamment via la façade accessoires.
Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour fournir un couple au véhicule.
Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique de fournir de l'énergie électrique à la batterie lors d'une phase de freinage.
Le mode moteur peut notamment être utilisé dans une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique en fonction des conditions de circulation (fonction dite STT pour stop and start en anglais), une fonction d'assistance au calage du moteur thermique, une fonction dite boost en anglais permettant à la machine électrique d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase de roulage en mode thermique, et une fonction de roue libre, dite de coasting en anglais, permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes.
Lors de la mise en œuvre de la fonction d'assistance au calage du moteur thermique, un mauvais pilotage de la consigne de couple peut entraîner divers problèmes. Ainsi, un prélèvement de couple trop faible engendre des vibrations du moteur et donc du véhicule; tandis qu'un prélèvement de couple trop important sur le moteur est susceptible de détériorer les organes en façade accessoires du moteur thermique.
La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique de véhicule automobile, par génération d'un couple résistif par une machine électrique tournante, ladite machine électrique tournante comportant:
- un rotor bobiné destiné à être parcouru par un courant d'excitation, et
- un stator comportant plusieurs phases, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de réception d'un couple de consigne,
- une étape de mesure de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante,
- une étape d'application en entrée d'une cartographie, du couple de consigne et de la vitesse de rotation du rotor pour obtenir une valeur d'un courant d'excitation de consigne,
- une étape d'application d'un courant d'excitation au rotor bobiné correspondant au courant d'excitation de consigne alors que les phases du stator sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique tournante génère le couple résistif.
L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation de la cartographie établissant la correspondance entre le courant d'excitation et le couple de consigne de piloter précisément la machine électrique en couple. On évite ainsi les problématiques de vibrations du moteur et de détérioration précoce des organes en façade accessoires.
Selon une mise en œuvre, la cartographie est construite en faisant évoluer le courant d’excitation et la vitesse de rotation du rotor pour déterminer un couple correspondant puis la cartographie est retournée de façon à pouvoir appliquer la vitesse de rotation du rotor et le couple de consigne en entrée de ladite cartographie.
Selon une mise en œuvre, le couple de consigne est issu d'un calculateur moteur.
Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte une étape de régulation du courant d'excitation appliqué au rotor bobiné en fonction du courant d'excitation de consigne.
Selon une mise en œuvre, la vitesse de rotation du rotor est mesurée à l'aide des capteurs analogiques à effet Hall.
Selon une mise en œuvre, la machine électrique tournante est un alterno-démarreur.
L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique de véhicule automobile tel que précédemment défini.
L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte un circuit en logique programmable, par exemple sous la forme d'un FPGA (pour FieldProgrammable Gâte Array en anglais) ou CPLD (pour Complex Programmable Logic Device en anglais), ou un circuit intégré, par exemple un ASIC (pour application-specific integrated circuit en anglais), configuré pour la mise en œuvre du procédé d'estimation d'un courant continu généré par la machine électrique tournante tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle de l'alternodémarreur mettant en œuvre le procédé selon l'invention d'assistance au calage d'un moteur thermique de véhicule automobile;
La figure 2 est une représentation schématique illustrant l'intégration de la consigne de couple dans la fonction d'assistance au calage du moteur thermique selon la présente invention;
La figure 3 est une représentation schématique de principe de commande en couple selon la présente invention;
La figure 4 est un exemple de cartographie fournissant un courant d'excitation du rotor en fonction d'un couple de consigne et d'une vitesse de rotation de la machine électrique tournante.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 représente de façon schématique un alterno-démarreur 10 selon l'invention. L'alterno-démarreur 10 est destiné à être installé dans un véhicule comportant un réseau électrique de bord connecté à une batterie 12. Le réseau de bord pourra être de type 12V, 24V, ou 48V. L'alterno-démarreur 10 est accouplé à un moteur thermique 11 de façon connue en soi par un système à courroie 11' ou à chaîne implanté en façade accessoires.
En outre, l'alterno-démarreur 10 est apte à communiquer avec un calculateur moteur 15 suivant un protocole de communication de type LIN (Local Interconnect Network en anglais ou Réseau Internet Local en français) ou CAN (Controller Area Network en anglais qui est un bus de système série).
L'alterno-démarreur 10 pourra fonctionner en mode alternateur appelé également mode générateur ou en mode moteur.
L'alterno-démarreur 10 comprend notamment une partie électrotechnique 13 et un module de contrôle 14.
Plus précisément, la partie électrotechnique 13 comprend un élément induit 18 et un élément inducteur 19. Dans un exemple, l'induit 18 est le stator, et l'inducteur 19 est un rotor comportant une bobine d'excitation 20. Le stator 18 comprend un nombre N de phases. Dans l'exemple considéré, le stator 18 comporte trois phases U, V et W. En variante, le nombre N de phases pourra être égal à 5 pour une machine pentaphasée, à 6 pour une machine de type hexaphasée ou double triphasée ou à 7 pour une machine heptaphasée. Les phases du stator 18 pourront être couplées en triangle ou en étoile. Une combinaison de couplage triangle et étoile est également envisageable.
Le module de contrôle 14 comprend un circuit d'excitation 141 intégrant un hacheur pour générer un courant d'excitation qui est injecté dans la bobine d'excitation 20. La mesure du courant d’excitation pourra être réalisée par exemple à l'aide d'une résistance de type shunt.
Les mesures de la position angulaire et de la vitesse angulaire du rotor 19 pourront être réalisées au moyen de capteurs analogiques à effet Hall H1, H2, H3 et d’une cible magnétique 25 associée qui est solidaire en rotation du rotor 19.
Le module de contrôle 14 comprend en outre un circuit de contrôle 142, comprenant par exemple un microcontrôleur, qui pilote un onduleur 26 en fonction d'un signal de commande issu du calculateur moteur 15 et reçu via un connecteur de signal 24.
L'onduleur 26 présente des bras comportant chacun deux éléments de commutation permettant de relier sélectivement une phase U, V, W correspondante du stator 18 à la masse ou à la tension d'alimentation B+ de la batterie 12 en fonction de leur état passant ou bloqué. Les éléments de commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET.
On décrit ci-après en référence avec les figures 2 et 3, le procédé selon l'invention d'assistance au calage du moteur thermique 11, par génération d'un couple résistif par la machine électrique 10. Ce couple résistif est obtenu en court-circuitant les phases du stator 18 et en appliquant un courant d'excitation lexc au rotor bobiné 19. L'invention vise à adapter précisément le courant d'excitation lexc en fonction du besoin en couple résistif émis par le calculateur moteur 15.
Le module de contrôle 14 pourra comporter une mémoire stockant des instructions logicielles pour sa mise en œuvre. En variante, le module de contrôle 14 comporte un circuit en logique programmable, par exemple sous la forme d'un FPGA (pour Field-Programmable Gâte Array en anglais) ou CPLD (pour Complex Programmable Logic Device en anglais), ou un circuit intégré, par exemple un ASIC (pour application-specific integrated circuit en anglais) configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention d'estimation du courant délivré par la machine électrique 10.
Plus précisément, le module M1 de commande en couple reçoit un couple de consigne Tcons, notamment issu du calculateur moteur 15, ainsi qu'une mesure de la vitesse de rotation Wmel du rotor. La vitesse de rotation du rotor Wmel est mesurée à l'aide des capteurs analogiques à effet Hall.
Le couple de consigne Tcons et la vitesse de rotation Wmel sont appliqués en entrée d'une cartographie C1 montrée sur la figure 4 pour obtenir en sortie une valeur correspondante d'un courant d'excitation de consigne lexc_cons. La cartographie C1 est avantageusement construite en faisant évoluer le courant d’excitation lexc et la vitesse de rotation du rotor Wmel pour déterminer un couple correspondant; puis la cartographie est retournée de façon à pouvoir appliquer la vitesse de rotation Wmel et le couple de consigne Tcons en entrée.
Un courant d'excitation lexc correspondant au couple de consigne lexc_cons est appliqué au rotor bobiné 19 alors que les phases du stator polyphasé 18 sont mises en court-circuit à la masse, de sorte que la machine électrique tournante 10 génère le couple résistif.
A cet effet, le courant d'excitation de consigne lexc_cons est appliqué au module de régulation M2 (cf. figure 2). De façon connue en soi, ce module M2 comporte un comparateur pour comparer la valeur du courant d'excitation lexc appliqué au rotor 19 avec le courant de consigne lexc_cons afin de déterminer un écart. Cet écart de courant est appliqué en entrée d'un correcteur, par exemple de type PI (pour Proportionnel et Intégral) ou PID (pour Proportionnel Intégral et Dérivé) afin d'en déduire un rapport cyclique transmis au circuit d'excitation 141 de la bobine du rotor 19. On obtient ainsi un courant d'excitation lexc correspondant au courant d'excitation de consigne lexc_cons.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique (11) de véhicule automobile, par génération d'un couple résistif par une machine électrique tournante (10), ladite machine électrique tournante (10) comportant:
    - un rotor bobiné (19) destiné à être parcouru par un courant d'excitation (lex), et
    - un stator (18) comportant plusieurs phases (U, V, W), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
    - une étape de réception d'un couple de consigne (Tcons),
    - une étape de mesure de la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) de la machine électrique tournante,
    - une étape d'application en entrée d'une cartographie, du couple de consigne (Tcons) et de la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) pour obtenir une valeur d'un courant d'excitation de consigne (lexc_cons),
    - une étape d'application d'un courant d'excitation (lexc) au rotor bobiné (19) correspondant au courant d'excitation de consigne (lexc_cons) alors que les phases du stator (18) sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique tournante (10) génère le couple résistif.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartographie (C1) est construite en faisant évoluer le courant d’excitation et la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) pour déterminer un couple correspondant puis la cartographie est retournée de façon à pouvoir appliquer la vitesse de rotation du rotor (Wmel) et le couple de consigne (Tcons) en entrée de ladite cartographie.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le couple de consigne (Tcons) est issu d'un calculateur moteur (15).
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation du courant d'excitation (lexc) appliqué au rotor bobiné (19) en fonction du courant d'excitation de consigne (lexc_cons).
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vitesse de rotation (Wmel) du rotor (19) est mesurée à l'aide des capteurs analogiques à effet Hall (H1, H2, H3).
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
    5 caractérisé en ce que la machine électrique tournante (10) est un alterno-démarreur.
  7. 7. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante (10) caractérisé en ce que qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé d'assistance au calage d'un îo moteur thermique de véhicule automobile tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. 8. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte un circuit en logique programmable ou un circuit intégré configuré pour la mise en œuvre du procédé d'estimation
    15 d'un courant continu généré par la machine électrique tournante tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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