Brevet FR2681829A1 — publié le 19930402

Appareil de commande de direction à puissance électrique. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil de commande de direction à puissance électrique qui utilise un moteur électrique pour fournir la puissance pour assister la force de direction pour un véhicule. Description de l'état de la technique On a mis au point un appareil de commande de direction à puissance électrique dans lequel la vitesse du véhicule et le couple de direction appliqué au volant sont détectés et, quand le couple de direction dépasse une zone morte prescrite, un courant d'attaque, dont l'intensité est déterminée en fonction du couple et de la vitesse du véhi- cule détectés, est fourni pour actionner un moteur électri- que d'assistance de direction, dont la force rotative sert à assister la force requise pour la direction du véhicule, donnant ainsi au conducteur une sensation de conduite con- fortable. Un tel appareil de commande de direction à puis- sance électrique utilise habituellement un moteur à entraî- nement direct comme moteur électrique d'assistance de di- rection Le moteur à entraînement direct est approprié pour -2- une utilisation comme moteur électrique d'assistance de di- rection, étant donné qu'il ne nécessite pas l'utilisation d'un démultiplicateur et de ce fait, a l'avantage de dimi- nuer la dimension du matériel se rapportant au moteur Dans l'appareil de commande de direction à puissance électrique équipé d'un tel moteur à entraînement direct, une commande de courant du moteur établit un courant cible en fonction du couple et de la vitesse du véhicule détectés, et le moteur à entraînement direct est actionné par le courant alternatif triphasé qui est fourni par un onduleur en fonc- tion du courant cible Cependant, le problème qu'on rencon- tre avec ce type d'appareil de commande de direction est que le couple de sortie du moteur électrique est affecté par une variation de la tension d'alimentation des batte- ries, ainsi que par la variation de la charge du système de direction, ce qui provoque une sensation de conduite non naturelle. Une approche précédente pour résoudre ce problème consistait en un asservissement du courant, dans lequel la valeur du courant alternatif triphasé servant à actionner le moteur est détectée, et le résultat de cette détection est ramené à la commande de courant du moteur pour comman- der le courant alternatif triphasé de manière à corriger tout écart entre la valeur détectée du courant alternatif triphasé et la valeur du courant cible Plus spécifique- ment, une résistance de détection de courant est insérée dans un chemin électrique entre l'onduleur et le moteur électrique; la valeur du courant alternatif triphasé est détectée au moyen de cette résistance de détection de cou- rant, et la valeur du courant alternatif triphasé ainsi dé- tectée est convertie en dq par le logiciel (transformation des coordonnées des bobinages rotoriques en système de coordonnées statoriques), le courant dq obtenu en tant que résultat de la conversion étant ramené à la commande de courant du moteur (dq désigne les deux enroulements d'un stator diphasé). -3- Cependant, l'asservissement du courant d'après l'état de la technique, décrit ci-dessus, nécessite l'uti- lisation d'un capteur de courant de haute précision pour détecter la valeur du courant alternatif triphasé, mais un tel capteur de courant de haute précision a une grande di- mension et ne convient pas pour une utilisation dans un ap- pareil de commande de direction à puissance électrique o la miniaturisation du matériel est une condition Un autre problème de l'état de la technique est que l'asservissement compliqué, comprenant la conversion en dq de la valeur du courant alternatif triphasé, augmente la complexité du lo- giciel Ceci crée le problème supplémentaire que la com- plexité augmentée du logiciel diminue la réponse de comman- de. RESUME DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de fournir un appareil de commande de direction à puissance électrique qui puisse supprimer la sensation de conduite non naturelle qui est provoquée par une variation de la tension d'alimen- tation ou par la variation de la charge du système de di- rection. Un autre objet de l'invention est de fournir un appareil de commande de direction à puissance électrique qui permette de diminuer la dimension du matériel servant à commander le courant fourni au moteur d'assistance de di- rection. Encore un autre objet de l'invention est de four- nir un appareil de commande de direction à puissance élec- trique qui permette de simplifier le logiciel pour comman- der le courant fourni au moteur d'assistance de direction. Encore un autre objet de l'invention est de four- nir un appareil de commande de direction à puissance élec- trique qui permette d'augmenter la réponse de commande pour commander le courant fourni au moteur d'assistance de di- rection. -4- Selon la présente invention, un appareil de com- mande de direction à puissance électrique comporte un moyen de détection du courant continu fourni à un onduleur et un moyen de commande du courant alternatif triphasé sur la ba- se du courant continu détecté. Dans l'appareil de commande de direction à puis- sance électrique, une sensation de conduite non naturelle est provoquée par une variation de la tension d'alimenta- tion ou par la variation de la charge du système de direc- tion La variation de la tension d'alimentation et la va- riation de la charge du système de direction provoquent toutes les deux une variation du courant continu amené à l'onduleur Dans l'appareil de commande de direction à puissance électrique selon la présente invention, étant donné que le courant alternatif triphasé servant à action- ner le moteur électrique est commandé par la détection du courant continu amené à l'onduleur, le courant continu ame- né à l'onduleur est empêché de changer en raison d'une va- riation de la tension d'alimentation ou de la variation de la charge du système de direction, ce qui empêche l'intro- duction d'une sensation non naturelle dans la sensation de conduite En outre, le capteur de courant utilisé pour com- mander le courant du moteur est un capteur qui détecte le courant continu, ce qui contribue à réduire la dimension du matériel, comparée à celle qu'on utilise dans l'état de la technique De plus, la valeur du courant alternatif tripha- sé est commandée sur la base du résultat de détection du courant continu Etant donné qu'un traitement compliqué n'est pas nécessaire, comme une conversion dq qui est né- cessaire dans l'appareil d'après l'état de la technique, on peut simplifier le logiciel de commande et par conséquent, la réponse de commande est augmentée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un schéma à blocs fonctionnels représentant la configuration d'un système de commande dans -5 - l'appareil de commande de direction à puissance électrique de la présente invention. DESCRIPTION DES FORMES DE REALISATION PREFEREES Maintenant, on décrit la présente invention de manière détaillée, à titre d'exemple et en se référant au dessin annexé. La figure 1 montre un système de commande dans l'appareil de commande de direction à puissance électrique de la présente invention Sur la figure 1, la référence 1 désigne un micro-ordinateur pour la commande d'assistance de direction; à l'intérieur du micro-ordinateur 1, les éléments logiciels sont représentés par des blocs fonction- nels Un signal de détection de couple, provenant d'un cap- teur de couple 2 qui détecte le couple de direction, et un signal de détection de la vitesse du véhicule, provenant d'un capteur 3 de vitesse du véhicule qui détecte la vi- tesse du véhicule, subissent une conversion analogique/nu- mérique par un convertisseur analogue/numérique 4 et sont amenés à un élément la de calcul de courant cible du micro- ordinateur 1 L'élément la de calcul de courant cible ef- fectue une opération prescrite sur la base du signal de dé- tection du couple et du signal de détection de la vitesse du véhicule fournis, pour déterminer un courant cible Ir(n) pour actionner un moteur à entraînement direct DM Le cou- rant cible (Ir)n déterminé par l'élément la de calcul du courant cible est amené à un élément lb de commande du cou- rant. Les deux électrodes d'une batterie 9, qui fournit l'énergie au moteur à entraînement direct DM, sont reliées à un onduleur 10 qui est formé à partir de circuits à tran- sistors MOS de puissance qu'on utilise pour la commande de mise sous tension du moteur à entraînement direct DM. L'électrode négative de la batterie 9 est aussi mise à la masse Une résistance 11 de détection du courant servant à détecter le courant d'alimentation (courant continu fourni -6- à l'onduleur 10) est insérée dans un circuit à courant con- tinu de l'onduleur 10, la résistance 11 de détection du courant étant reliée à un circuit 12 de détection du cou- rant Le circuit 12 de détection du courant détecte la va- leur du courant d'alimentation à partir de la tension dé- tectée à travers la résistance 11 de détection du courant. La valeur de courant détectée est convertie d'analogique en numérique par un convertisseur analogique/numérique 13 et est amenée, en tant que courant d'alimentation (If)n détec- té, à l'élément 1 b de commande de courant du micro-ordina- teur 1. L'élément lb de commande du courant calcule l'écart entre le courant d'alimentation (If)n détecté et le courant cible (Ir)n, et le résultat de ce calcul est amené, en tant que courant d'écart (Id)n, à un élément lc de cal- cul de tension triphasée. Un capteur 14 de position rotatoire, construit à partir d'un codeur absolu, est monté sur le moteur à en- traînement direct DM pour détecter la valeur absolue de la position rotatoire de celui-ci La valeur de position rota- toire détectée par le capteur 14 de position rotatoire est amenée, en tant que signal Pm de position rotatoire détec- tée, à un circuit 15 de tension de décalage o le décalage du signal est ajusté Le signal, dont le décalage est ajus- té, est amené à une mémoire ROM 16 génératrice d'ondes si- nusoïdales, en tant que signal Ode position rotatoire Par- mi les formes d'ondes sinusoïdales triphasées ayant l'angle de phase indiqué par le signal G de position rotatoire, la mémoire ROM 16 génératrice d'ondes sinusoïdales contient des valeurs d'ondes sinusoïdales pour deux phases lsinm, sin( 9 + 2/370 l, le signal È de position rotatoire servant d'adresse Les valeurs d'ondes sinusoïdales pour deux pha- ses correspondant au signal fourni 9 de position rotatoire sont lues dans l'élément lc de calcul de tension triphasée. Dans l'élément lc de calcul de tension triphasée, -7- le courant d'écart ld(n) est traduit en une tension d'écart Vd(n), sur la base de laquelle on effectue les opérations des équations ( 1) à ( 3) suivantes pour déterminer les ten- sions triphasées d'alimentation du moteur à entraînement direct DM L'équation ( 1) indiquée ci-dessous est l'expres- sion d'une opération pour déterminer une tension sinusoïda- le Vu(n) pour la phase U du moteur à entraînement direct DM; la tension sinusoïdale Vu(n) est calculée à partir de la tension d'écart Vd(n) et de l'onde sinusoïdale sino fournie par la mémoire ROM 16 génératrice d'ondes sinusoï- dales. Vu(n) = Vd(n) sin O ( 1) L'équation ( 2) indiquée ci-dessous est l'expres- sion d'une opération pour déterminer une tension sinusoida- le Vv(n) pour la phase V du moteur DM à entraînement di- rect; la tension sinusoïdale Vv(n) est calculée à partir de la tension d'écart Vd(n) et de l'onde sinusoïdale sin(& + 2/3 L'équation ( 3) indiquée ci-dessous est l'expres- sion d'une opération pour déterminer une tension sinusoïda- le Vw(n) pour la phase W du moteur DM à entraînement di- rect; la tension sinusoïdale Vw(n) est calculée à partir de la tension sinusoïdale Vu(n) obtenue au moyen de l'équa- tion ( 1) et de la tension sinusoïdale Vv(n) obtenue au moyen de l'6 quation ( 2). Vw(n) = -lVu(n) + Vv(n)l ( 3) Les trois tensions sinusoïdales triphasées Vu(n), Vv(n) et Vw(n) obtenues au moyen des trois opérations indi- quées ci-dessus grâce à l'élément lc de calcul de tension triphasée sont transformées de numérique en analogique par un convertisseur numérique/analogique 5 et transmises à un circuit PWM 6 à ondes sinusoïdales Un signal d'ondes tri- gonométriques produit par un générateur 7 d'ondes trigono- -8- métriques est transmis aussi au circuit PWM 6 à ondes sinu- soïdales Le circuit PWM 6 à ondes sinusoïdales compare les tensions sinusoïdales triphasées au signal d'ondes trigono- métriques et, sur la base des résultats de cette comparai- son, des signaux PWM servant à commander le moteur DM à en- traînement direct sont transmis à un circuit d'attaque 8 à transistors MOS de puissance Sur la base des signaux PWM, le circuit d'attaque 8 à transistors MOS de puissance en- traîne les transistors MOS de puissance (non représentés) dans l'onduleur 10 L'onduleur 10 est formé à partir de trois circuits à transistors MOS de puissance montés en sé- rie, les trois circuits étant reliés en parallèle Le cir- cuit d'attaque 8 à transistors MOS de puissance commande commutativement ces transistors MOS de puissance pour ame- ner le courant sinusoïdal triphasé au moteur DM à entraîne- ment direct, actionnant ainsi le moteur DM à entraînement direct. Dans l'appareil de commande de direction à puis- sance électrique ayant la configuration indiquée ci-dessus, quand une variation de la tension d'alimentation de la bat- terie 9 se produit ou quand la variation de la charge du système de commande de direction est provoquée, le courant d'alimentation subit une variation La variation du courant d'alimentation est détectée par le circuit 12 de détection de courant, en fonction de quoi le courant d'alimentation If(n) détecté varie L'élément lb de commande du courant calcule le courant d'écart Id(n) pour compenser la varia- tion du courant d'alimentation If(n) détecté et transmet le courant d'écart Id(n) à l'élément lc de calcul de tension triphasée L'élément lc de calcul de tension triphasée transforme le courant d'écart amené (Id)n en les tensions sinusoïdales triphasées qui sont amenées ensuite au circuit PWM à ondes sinusoïdales par l'intermédiaire du convertis- seur numérique/analogique 5 De cette manière, les tensions sinusoïdales triphasées sont corrigées de manière à compen- -9- ser la variation du courant d'alimentation, ce qui corrige la variation du courant d'alimentation provoquée par une variation de la tension d'alimentation de la batterie 9 ou par la variation de la charge du système de direction Au- trement dit, dans le système de commande décrit ci-dessus, l'asservissement est réalisé en ce qui concerne le courant d'alimentation. Avec l'asservissement de courant d'alimentation décrit ci-dessus, quand une variation de la tension d'ali- mentation de la batterie 9 se produit, ou quand la varia- tion de la charge du système de direction est provoquée, la variation résultante du courant d'alimentation est corrigée de la manière décrite ci-dessus Ceci contribue à empêcher l'apparition d'une sensation non naturelle dans la condui- te, qui serait provoquée par une variation de la tension d'alimentation de la batterie 9 ou par la variation de la charge du système de direction. Comme on l'a décrit ci-dessus, selon la présente invention, le courant continu amené à l'onduleur est détec- té de manière à commander les tensions de courant alterna- tif triphasé Etant donné que la détection du courant con- tinu peut être effectuée par un capteur de courant de pe- tite dimension, on peut réduire la dimension du matériel, et étant donné que la commande du courant alternatif tri- phasé est effectuée sur la base du courant continu amené à l'onduleur, c'est-à-dire le résultat de détection du cou- rant continu, la configuration indiquée ci-dessus sert à supprimer la nécessité d'un traitement compliqué, comme une conversion dq d'après l'état de la technique, et offre d'excellents avantages, comme un logiciel simplifié, et par conséquent, une réponse de commande augmentée. Etant donné qu'on peut mettre en oeuvre cette in- vention sous différentes formes de réalisation sans s'éloi- gner de l'esprit des caractéristiques essentielles de cel- le-ci, la présente forme de réalisation sert donc seulement -10- d'exemple et n'est pas restrictive. -11 - REVENDICATIONS 1 Appareil de commande de direction à puissance électrique dans lequel un moteur électrique (DM) assistant la force de direction est actionné par un courant alterna- tif triphasé obtenu à partir d'une alimentation en courant continu passant dans un onduleur ( 10), comprenant: un moyen de détection pour détecter le courant continu fourni à l'onduleur ( 10); et un moyen de commande (la,lb,lc) pour commander le courant alternatif triphasé, sur la base du résultat de détection par ledit moyen de détection. 2 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de détection comprend: une résistance ( 11) insérée dans un circuit à courant continu pour l'onduleur ( 10); et un circuit de détection ( 12), relié à ladite résistance ( 11), pour détecter le courant continu à partir de la ten- sion détectée à travers ladite résistance ( 11). 3 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de commande comprend: un moyen (la) pour calculer un courant cible pour l'ac- tionnement du moteur électrique DM), sur la base des résul- tats de détection de la vitesse du véhicule et du couple de direction; un moyen ( 1 b) pour déterminer l'écart entre le courant détecté par ledit moyen de détection et le courant cible; et un moyen ( 1 c) pour commander le courant alternatif tri- phasé, sur la base de l'écart ainsi déterminé. 4 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 1, comprenant en outre: un capteur ( 14) pour détecter la valeur absolue de la po- sition rotatoire du moteur électrique (DM); et -1 2- un moyen de sortie pour amener audit moyen de commande ( 1 c) les valeurs d'ondes sinusoïdales pour au moins deux phases, basées sur la position rotatoire détectée par ledit capteur ( 14). 5 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 4, dans lequel ledit moyen de commande ( 1 c) comprend un moyen pour calculer les tensions de courant alternatif triphasé pour l'alimentation du moteur électrique (DM), sur la base du résultat de dé- tection par ledit moyen de détection et des valeurs d'ondes sinusoïdales pour au moins deux phases, fournies par ledit moyen de sortie. 6 Appareil de commande de direction à puissance électrique comprenant: un moteur électrique (DM) pour assister la force de di- rection; une alimentation ( 9) en courant continu pour fournir la puissance audit moteur électrique (DM); un onduleur ( 10), interposé entre ledit moteur électrique (DM) et ladite alimentation ( 9) en courant continu, pour commander l'alimentation en courant alternatif triphasé pour ledit moteur électrique (DM); un moyen de détection pour détecter le courant continu amené audit onduleur ( 10); et un moyen de commande pour commander le courant alternatif triphasé, sur la base du résultat de détection par ledit moyen de détection. 7 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 6, dans lequel ledit moyen de détection comprend: une résistance ( 11)_ insérée dans un circuit à courant continu pour ledit onduleur ( 10); et un circuit de détection ( 12), relié à ladite résistance ( 11), pour détecter le courant continu à partir de la ten- sion détectée à travers ladite résistance ( 11). -13- 8 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 6, comprenant en outre: un premier capteur ( 3) pour détecter la vitesse du véhi- cule; et un deuxième capteur ( 2) pour détecter le couple de direc- tion. 9 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 8, dans lequel ledit moyen de commande comprend: un moyen (la) pour calculer un courant cible pour l'ac- tionnement dudit moteur électrique (DM), sur la base de la vitesse du véhicule et du couple de direction détectés; un moyen ( 1 b) pour déterminer l'écart entre le courant détecté par ledit moyen de détection et le courant cible; et un moyen ( 1 c) pour commander le courant alternatif tri- phasé, sur la base de l'écart ainsi déterminé. Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 6, comprenant en outre: un premier capteur ( 3) pour détecter la vitesse du véhi- cule; un deuxième capteur ( 2) pour détecter le couple de direc- tion; un troisième capteur ( 14) pour détecter la valeur absolue de la position rotatoire dudit moteur électrique (DM); et un moyen de sortie pour amener audit moyen de commande les valeurs d'ondes sinusoïdales pour au moins deux phases, basées sur la position rotatoire détectée par ledit troi- sième capteur ( 14). 11 Appareil de commande de direction à puissance électrique selon la revendication 10, dans lequel ledit moyen de commande comprend: un premier moyen de calcul (la) pour calculer un courant cible pour l'actionnement dudit moteur électrique (DM), sur la base de la vitesse détectée du véhicule et du couple de -14- direction détecté; un deuxième moyen de calcul ( 1 b) pour calculer l'écart entre le courant détecté par ledit moyen de détection et le courant cible; et un troisième moyen de calcul ( 1 c) pour calculer les ten- sions de courant alternatif triphasé pour l'alimentation dudit moteur électrique (DM), sur la base de l'écart calcu- lé par ledit deuxième moyen de calcul ( 1 b) et des valeurs d'ondes sinusoïdales pour au moins deux phases, fournies par ledit moyen de sortie.