Brevet FR2689823A1 — publié le 19931015

La présente invention est relative à un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel procédé mis en oeuvre dans un véhicule comprenant des moyens pour définir un couple de consigne instantané à établir sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne. Comme représenté à la Fig. 1 du dessin annexé, un véhicule automobile à propulsion électrique comprend classiquement une source d'énergie électrique telle que des batteries 1 qui alimentent un étage de puissance 2 tel qu'un hacheur ou un onduleur, lequel étage de puissance alimente à son tour les enroulements d'un moteur électrique 3 d'entraînement d'au moins une roue 4 du véhicule, l'ensemble des moyens (2,3,4) constituant la chaîne de traction de ce véhicule.Le moteur électrique peut être, à titre d'exemple, un moteur asynchrone triphasé alimenté par des courants fournis par un onduleur et commandés en fréquence et en intensité pour que le moteur délivre un couple de sortie prédéterminé, défini par une unité de commande 5 à partir de signaux délivrés par des capteurs 6 et 7 sensibles aux positions d'une pédale d'accélérateur 8 et d'une pédale de frein 9, respectivement, elle-même commandées par le conducteur du véhicule. Pour assurer la sécurité de la conduite d'un tel véhicule, il faut prévoir des moyens d'élaboration et de transmission sûrs des informations traitées par l'unité de commande. On prévoit à cet effet un traitement redondant de ces informations dans cette unité. Mais il faut aussi s'assurer du bon fonctionnement de la chaîne de traction et en particulier de l'étage de puissance incorporé à une telle chaîne. On comprend en effet qu'un dérèglement des courants fournis aux enroulements du moteur pourrait conduire, par exemple, à un emballement de ce moteur qui mettrait en danger les occupants du véhicule. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'un étage de puissance assurant l'alimentation d'un moteur propulsant au moins une roue d'un véhicule automobile. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé qui n'exige l'installation dans le véhicule d'aucun matériel autre que ceux déjà disponibles à d'autres fins. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile alimenté par une source d'énergie et équipé de moyens pour définir un couple moteur de consigne instantané disponible sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne.Suivant l'invention on calcule la puissance théoriquement absorbée par la chaîne de traction à la vitesse angulaire instantanée mesurée du moteur supposé délivrant le couple de consigne instantané, on compare la puissance théorique calculée à la puissance fournie par la source d'énergie électrique à la chaîne de traction et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la chaîne de traction quand ces puissances sont sensiblement égales. En calculant ainsi la puissance théoriquement absorbée par la chaîne de traction en faisant intervenir le couple de consigne à la place du couple réel on évite, d'une manière élégante et particulièrement économique, l'emploi de moyens de mesure de ce couple. En outre une sensible égalité des puissances comparées permet de conclure que le couple réellement développé par le moteur correspond au couple de consigne et donc que la chaîne de traction fonctionne correctement. Suivant une variante du procédé selon l'invention, on calcule le couple théoriquement disponible sur l'arbre de sortie du moteur à partir de la puissance électrique absorbée par le moteur et de la vitesse angulaire instantanée de cet arbre, on compare le couple théorique au couple de consigne défini par les moyens de définition de ce couple et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la -chaîne de traction quand ces deux couples sont sensiblement égaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la Fig. 1 est un schéma d'un véhicule automobile à propulsion électrique, déjà partiellement décrit en préambule de la présente description, et propre à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et - la Fig. 2 est un schéma fonctionnel de la chaîne de traction du véhicule de la Fig. 1, utile à la description du procédé suivant l'invention. En matière de sécurité automobile, c'est le couple de consigne demandé par le conducteur qui est le paramètre essentiel à garantir. On peut penser, à cet effet, contrôler par retour d'information les informations de couple échangées entre l'unité de commande et l'étage de puissance, à l'aide d'un capteur de couple installé sur l'arbre de sortie du moteur. Cette solution présente dans son principe l'inconvénient d'accroître le coût du matériel utilisé du coût de ce capteur et de son installation. Elle n'est en outre pas praticable à l'heure actuelle du fait qu'on ne connaît pas, en construction automobile, un tel capteur qui soit à la fois précis, fiable et de coût modéré. Suivant l'invention, on surmonte cette difficulté en vérifiant que le couple de sortie du moteur correspond bien au couple de consigne, non plus à partir d'un signal fourni par un capteur de couple monté sur l'arbre de sortie du moteur, mais à partir de la puissance électrique absorbée par la chaîne de traction et de la vitesse angulaire de l'arbre de sortie du moteur, cette dernière mesure étant de toute façon disponible dans le véhicule, du fait qu'elle est nécessaire à d'autres fins, ne serait-ce que pour l'affichage du régime du moteur ou de la vitesse du véhicule sur le tableau de bord. Suivant l'invention encore, on évalue la puissance électrique absorbée par la chaîne de traction à partir de la mesure de la tension U et de l'intensité I du courant délivré par les batteries électriques 1 à l'étage de puissance 2, un onduleur ou un hacheur par exemple, c'està-dire à partir de la puissance électrique absorbée par cet étage de puissance. Là encore, l'invention n'implique aucun frais de matériel supplémentaire, des appareils de mesure de ces grandeurs électriques étant toujours prévus dans un véhicule à propulsion électrique. On se réfère au schéma fonctionnel de la Fig. 2 pour expliquer comment, suivant la présente invention, on vérifie que la puissance électrique (U.I) délivrée par les batteries (1) à la chaîne de traction correspond quantitativement aux puissances absorbées par les divers éléments de cette chaîne soit - la puissance Pm disponible sur l'arbre de sortie du moteur pour la propulsion du véhicule, cette puissance étant telle que: Pm = Cm . # où Cm est le couple moteur de sortie du moteur et Z la vitesse angulaire de son arbre de sortie, - les pertes de puissance p2 dans l'étage de puissance 2 (pertes par effet Joule par exemple) et p3 dans le moteur 3 (pertes magnétiques, pertes par effet Joule, pertes par frottement). Si la chaîne de traction fonctionne normalement on doit donc avoir U.I = C,.o + p2 + p3 et on peut considérer alors que le couple de sortie réel Cm est sensiblement égal au couple de consigne Cyons défini par l'unité de commande 5. Suivant l'invention on calcule alors la somme Pth = Ccons + P2 + P3 somme dont la valeur (Pth) correspond à la puissance théoriquement absorbée par une chaîne de traction en bon état de fonctionnement, et on compare cette puissance théorique (Pth) à la puissance U.I fournie par les batteries (1) à la chaîne de traction. Si la comparaison montre une sensible égalité de ces puissances, aux précisions des mesures près, on peut conclure que le couple moteur réel est bien sensiblement égal au couple de consigne et que, par conséquent, la chaîne de traction fonctionne normalement. Ainsi, l'invention permet d'évaluer le couple de sortie du moteur, sans moyen spécialisé de mesure directe de ce couple. Les grandeurs U,I et X sont couramment mesurées à d'autres fins dans un véhicule automobile à propulsion électrique. L'invention n'exige donc pas l'installation dans le véhicule de moyens de mesure supplémentaires ce qui est très économique. Les calculs nécessaires peuvent être réalisés par un calculateur placé dans l'unité de commande 5. Celle-ci reçoit alors l'information de vitesse o d'un capteur (non représenté) tel qu'un capteur classique à réluctance magnétique variable, ainsi que la tension U et l'intensité I. Elle dispose du couple de consigne Cyons qu'elle élabore elle-même à partir des informations fournies par les capteurs 6 et 7. Elle compare les grandeurs (U.I) et (Ccons-o+P2+P3) et peut déclencher une alarme quand ces grandeurs ne sont pas égales, à une tolérance prédéterminée près. Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, l'unité de commande 5 connaît les pertes p2 et p3 par des tabulations conservées dans des moyens de mémoire adéquats, ces tabulations étant du type p2=f(CconsX) et p3=g(CcOnSX). Elles peuvent être établies par des mesures au banc. Le procédé de contrôle décrit ci-dessus permet de verifier l'état de fonctionnement de la chaîne de traction même lorsque le moteur (3) ne tourne pas, c'est-à-dire même à l'arrêt du véhicule, la puissance théorique Pth à calculer se réduisant alors à Pth=p2+p3. S'il est acceptable de renoncer à toute vérification de l'état du fonctionnement de la chaîne de traction lorsque le moteur ne tourne pas, c'est-à-dire quand =0, on peut procéder, suivant une variante de la présente invention, par comparaison de couples, comme on l'explique ci-dessous. Si l'on note ne le rendement de conversion de l'étage de puissance 2, un onduleur par exemple, la puissance Pe fournie par l'onduleur est Pe = #e.U;I puissance que le moteur transforme en un couple de sortie théoriquement égal à Cm = U.I.#e.#m/# ou T'm est le rendement du moteur. I1 apparaît que le couple Cm ne peut avoir une valeur finie que si ouzo, ce qui rend le calcul impossible lorsque le moteur est à l'arrêt. Ayant ainsi calculé Cm, l'unité de commande peut comparer le couple théorique Q et le couple de consigne Cyans calculé par ailleurs par cette même unité et déclencher une alarme en cas d'inégalité. Ici encore les rendements ne et #m peuvent être tabulés en fonction de Cocons et de #, comme les pertes p2 et p3 utilisées dans le premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Bien entendu, les batteries du véhicule alimentent couramment d'autres consommateurs d'énergie placés dans ce véhicule. Ainsi, si l'on évalue la puissance fournie à l'onduleur à partir de la puissance électrique totale délivrée par la batterie, il faut déduire de cette dernière la puissance absorbée par ces consommateurs (dispositif de chauffage, de climatisation, etc...) pour déduire la puissance fournie à l'onduleur, au sens défini ci-dessus. Il faut noter par ailleurs que l'expression donnée cidessus du couple moteur calculé suivant la deuxième mise en oeuvre de la présente invention prend en compte les pertes de puissance de la chaîne de traction, par le rendement ne de l'onduleur (pertes par effet Joule par exemple), et par le rendement Tis du moteur (pertes magnétiques Pmagn, pertes par effet Joule, pertes par frottement). I1 apparaît maintenant que la présente invention permet d'atteindre les objectifs annoncés, à savoir un contrôle de l'état de fonctionnement de la chaîne de traction d'un véhicule à propulsion électrique, sans utilisation de moyens de mesure du couple, et sans faire appel à des moyens matériels autres que ceux normalement disponibles dans le véhicule. Le procédé suivant l'invention permet de contrôler la chaîne de traction complète ctest-à-dire l'onduleur (ou le hacheur) et le moteur électrique. I1 permet aussi de contrôler la puissance absorbée par la chaîne de traction. On notera encore que ce procédé peut être mis en oeuvre aussi bien lorsque le moteur électrique est utilisé en moteur que lorsqu'il est utilisé en génératrice pour la charge des batteries lors de freinages avec récupération d'énergie. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique (2,3,4) d'un véhicule automobile alimenté par une source d'énergie électrique (1) et équipé de moyens (5,6,7) pour définir un couple moteur de consigne instantané disponible sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique (3) formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance (3) alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne, caractérisé en ce qu'on calcule la puissance théoriquement absorbée par la chaîne de traction à la vitesse angulaire instantanée mesurée du moteur supposé délivrant le couple de consigne instantané, on compare la puissance théorique calculée à la puissance (U.I) fournie par la source d'énergie électrique à la chaîne de traction et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la chaîne de traction quand ces deux puissances sont sensiblement égales. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule la puissance théorique (Pth) absorbée par la chaîne de traction à l'aide de l'expression Pth = Ccons + p2 + p3 OÙ Cyons est le couple de consigne instantané, X la vitesse angulaire mesurée de l'arbre de sortie du moteur. p2 et p3 les pertes de puissance dans l'étage de puissance (2) et le moteur (3), respectivement. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les pertes de puissance (p2) et (p3) sont chacune tabulées en fonction de la vitesse angulaire (o) de l'arbre de sortie du moteur et du couple de consigne (cocons) 4.Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique (2,3,4) d'un véhicule automobile alimenté par une source d'énergie électrique (1) et équipé de moyens (5,6,7) pour définir un couple moteur de consigne instantané disponible sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique (3) formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance (2) alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne, caractérisé en ce qu'on calcule le couple (Cm) théoriquement disponible sur l'arbre de sortie du moteur (3) à partir de la puissance électrique absorbée par le moteur et de la vitesse angulaire instantanée de cet arbre, on compare le couple théorique au couple de consigne (Qons) défini par les moyens (5,6,7) et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la chaîne de traction quand ces deux couples sont sensiblement égaux. 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'on évalue la puissance électrique absorbée par le moteur (3) à partir de la puissance électrique délivrée à l'étage de puissance (2) par la source d'énergie électrique (1). 6. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on calcule le couple théorique (Cm) disponible sur l'arbre de sortie du moteur par l'expression U . I o e - nm/ où (U) et (I) sont la tension et l'intensité du courant délivré par la source (1) à l'étage de puissance, (o) est la vitesse angulaire, en régime stabilisé, de l'arbre de sortie du moteur (3), (#e) et (#m) le rendement électrique de l'étage de puissance (2) et le rendement mécanique du moteur (3) respectivement. 7. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les rendements électrique (#e) et mécanique (nom ) sont tabulés en fonction de la vitesse angulaire (o) de l'arbre de sortie du moteur et du couple de consigne (wons)