Brevet FR2721560A1 — publié le 19951229

Procédé de commande d'un moteur de véhicule à propulsion électrique Les véhicules à propulsion électrique présentent l'avantage de ne pas polluer l'atmosphère et ils sont l'objet de nombreux développements, en particulier les voitures électriques. En ce qui concerne ces voitures électriques, on se heurte cependant au fait que la capacité des batteries actuellement disponibles est insuffisante pour assurer une autonomie semblable à celle qu'assure un réservoir de carburant. Pour limiter cet inconvénient, on cherche à faire fonctionner le moteur dans des conditions optimales, afin d'avoir un rendement maximal. Pour cela, il est connu de créer un modèle de fonctionnement du moteur, en fonction de ses caractéristiques électriques et mécaniques, et un modèle de comportement mécanique de la voiture que l'on utilise, dans un calculateur embarqué, pour transformer des commandes issues d'organes de pilotage de la voiture, tels que pédales de frein et d'accélération, en commandes électriques déterminant le courant traversant le moteur et permettant d'obtenir l'accélération escomptée par le conducteur. Les commandes électriques dépendent des conditions observées de fonctionnement du moteur, comme sa vitesse de rotation et aussi de la masse de la voiture, c'est-à-dire de l'inertie à vaincre pour obtenir l'accélération, ou la performance de conduite, souhaitée. La détermination de la commande du moteur, qui fixe sa puissance motrice en fonction de a position de la pédale d'accélération, s'effectue par des calculs matriciels, complexes, sur les diverses grandeurs des modèles mathématiques à prendre en compte et nécessite de puissants moyens de calcul, coûteux et consommateurs d'énergie. La présente invention vise à réduire la puissance de calcul nécessaire. A cet effet, elle concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule à propulsion électrique à partir d'une source d'alimentation électrique et d'organes de pilotage du véhicule et en fonction de conditions - rozon:=-ment du moteur, caractérisé par -e, ~ ensembles de données de commande du moteur, chaque ensemble étant particulier à une plage déterminée de conditions de fonctionnement, ayant été déterminés et mémorisés dans une phase préparatoire en usine, on observe les conditions de fonctionnement du moteur pour en déterminer celui, desdits ensembles de données de commande, qui leur correspond et, en combinaison avec la commande des organes de pilotage, élaborer la commande du moteur. Ainsi, en exploitation, les données de commande fournissent déjà des résultats intermédiaires de calcul, fonction des conditions observées de fonctionnement, qui indiquent, dès le début du calcul, l'ordre de grandeur ou la forme de la commande approximative à appliquer au moteur, si bien que le calcul ne consiste plus, alors, qu'à faire évoluer la commande approximative sous la commande des organes de pilotage du véhicule. Le nombre de variables correspondantes à traiter est alors très limité et, en outre, l'interaction entre les variables restantes est limitée, si bien que le calcul est d'un type simple, plus simple que le calcul matriciel de l'art antérieur. De préférence, dans la phase préparatoire, les ensembles de données de commande ont été déterminés par essais sur une pluralité de véhicules du type de celui dont le moteur est à commander. Ainsi, on dispose de valeurs réellement optimales relevées et non de valeurs déterminées à partir d'un modèle unique, qui présente toujours des imperfections. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du mode de réalisation préféré du procédé de commande de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un synoptique des divers organes de commande du moteur électrique d'une voiture électrique et - la figure 2 est un diagramme par blocs, plus détaillé, illustrant les relations fonctionnelles entre ces organes. Le conducteur de la voiture dispose de pédales de frein, d'accélérateur et d'une commande du sens de la marche, globalement référencées 1, et d'un commutateur 2 de choix d'option de conduite, sportive ou plus modérée, déterminant le couple moteur à fournir en réponse à une commande de la pédale d'accélérateur 1. Une table 3 contient en mémoire morte des ensembles E[Pi] de données de conduite, ou de commande, et est adressée par le commutateur 2.Une autre table 4 contient des ensembles de données de commande, déterminés comme expliqué plus loin, correspondant chacun à une plage de conditions de fonctionnement du moteur 10 de la voiture, comportant des données définissant un signal électrique de commande du moteur 10, c'est-à-dire des formes d'onde G(fl, k) et des décalages o( n, k), ici temporels et qui sont expliqués plus loin, destinés à la commande du moteur 10, rotatif synchrone dans cet exemple. Ces décalages seraient fréquentiels et de la forme of(Q, k) pour un moteur rotatif asynchrone. Dans cet exemple, dans une phase préparatoire en usine, les ensembles de données de commande E[Pi], G(n, k) et c(, k) ou of(Q, k) ont été déterminés par essais sur une pluralité de véhicules du type de celui dont le moteur est à commander. Un bloc de calcul 5 est associé à un capteur de courant et à des capteurs de température d'organes électriques de commande du moteur 10, non représentés, et surveille en permanence l'état électrique de la voiture, et en particulier l'état de charge d'une batterie, non représentée, alimentant le moteur 10. Un bloc de calcul 6 est relié en entrée aux pédales 1, aux tables 3 et 4 et au bloc de calcul 5. Le bloc de calcul 6 calcule l'affinité k(t) à appliquer à une forme d'onde de référence G fournie par la table 4 à l'instant t, connaissant k(t-1) à un instant précédent. L'affinité k(t) est de la forme: k(t) = F [ k(t-l), n, G, r, Fr, Pi ] avec: n : fréquence mesurée de rotation du moteur 10, relevée comme expliqué plus loin G : forme d'onde de référence fournie par la table 4 r : accélération indiquée par la pédale d'accélération 1 Fr : freinage indiqué par la pédale de frein 1 Pi : paramètres de conduite La fonction F peut être, par exemple, la suivante PO k(t-l) + P1 r(t) + P2 [r(t) - r(t-l)] + P3 (1 - P4 / (P4 + D)] Fr(t) L'affinité k(t) définit la variation relative du courant de commande entre les instants t-l et t. I1 ne s'agit donc pas d'un gain absolu par rapport à la référence fixe de forme d'onde G fournie par la table 4, gain qui sera calculé par un bloc de calcul 7. Le bloc de calcul 6 alimente le bloc de calcul 7 qui reçoit de la table 4 les signaux G(n, k) et o( n, k), respectivement de gain et de déphasage à appliquer à la forme d'onde de courant traversant le moteur 10, par rapport à la forme d'onde de référence G fournie par la table 4 au bloc de calcul 6. Dans le cas d'un moteur asynchrone, le signal o9(n, k) serait remplacé par le signal of(R, k) relatif à un glissement de fréquence. Le bloc de calcul 7 effectue les calculs suivants: R(I) = G(, k). k(t) a = a + o(Q, k) ou bien, dans le cas d'un moteur asynchrone: R(I) = G(, k). k(t) f(I) = a Q + of(Q, k) R(I) étant l'amplitud- du courant moteur, étant sa phase f(I) étant sa fréquence et a étant une constante fonction du nombre de pôles du moteur 10. ce qui définit la forme d'onde de courant, ou tension, à appliquer au moteur 10 et sa phase ou sa fréquence. Une commande correspondante est transmise à une boucle d'asservissement 8, 9 et 11. La boucle d'asservissement est constituée d'un circuit 8 de mise en forme de l'onde voulue, suivi d'un amplificateur de courant 9 attaquant le moteur 10. Un circuit ampèremétrique électronique 11 mesurant le courant traversant effectivement le moteur 10 est monté dans une boucle de réaction et restitue une tension représentant la forme du courant traversant effectivement le moteur 10. Le circuit 11 attaque une entrée inverseuse d'un additionneur dont une autre entrée, non inverseuse, reçoit la commande issue du bloc de calcul 7 et dont la sortie commande le circuit 8. Un capteur 12 de la position angulaire a du rotor du moteur 10 et de sa fréquence n fournit l'indication correspondante à un circuit 13 de mise en forme de l'angle a du rotor, qui peut aussi en calculer la vitesse de rotation. Le circuit 13 fournit l'information de position angulaire a du rotor au bloc de calcul 7 et l'information n de vitesse du rotor à la table 4, pour adresser ses données, et aux blocs de calcul 6 et 7. Comme indiqué, la détermination des données de la table 4 est effectuée en réalisant des essais en usine sur les moteurs 20 de plusieurs véhicules semblables à celui considéré pour déterminer une valeur moyenne des commandes optimales du moteur 10 et cela pour chaque plage de fonctionnement. Dans un banc de test, un circuit 22, semblable au circuit i2, fournit les conditions de fonctionnement des moteurs 20 à un bloc de calcul 21 qui effectue le calcul des ensembles de données de commandes optimales et les charge, par la liaison représentée par une ligne en pointillé, dans les tables 3 et 4 des véhicules de série. En pratique, les tables 3 et 4 sont une même mémoire morte. Ainsi, à partir des organes 1 de pilotage du véhicule et en fonction des conditions observées a et Q de fonctionnement du moteur 10, les ensembles de données G(n, k) et o+(D, k) ou of(n, k) de commande du moteur 10, chaque ensemble étant particulier à une plage déterminée de conditions de fonctionnement, ayant été déterminés et mémorisés dans la phase préparatoire en usine, on observe les conditions de fonctionnement du moteur 10 pour en déterminer celui, des ensembles de données de commande G(n, k) et os(D, k) ou of(D, k) qui leur correspond et, en combinaison avec la commande des organes de pilotage 1, élaborer la commande du moteur 10.On notera que les données E[Pi] traduisant le choix du type de conduite n ont pas un caractère obligatoire. Dans cet exemple, cependant, les données de commande du moteur EtPi] particulières à des performances de conduite ayant été déterminées et mémorisées dans la phase préparatoire, le conducteur peut choisir, par le commutateur 2, l'une des performances pour combiner les données, qui lui correspondent à son choix, à l'ensemble de données G(n, k) et o(D, k) ou of(D, k) d'élaboration de la commande du moteur 10 et aux organes de pilotage 1. Les ensembles de données de commande constituent une sorte de cartographie du fonctionnement optimal du moteur 10. Ainsi, lorsque, par exemple, la vitesse du moteur 10 est faible et qu'il ne peut donc développer une puissance élevée, la dérivée temporelle de son courant de commande sera limitée, afin d'éviter tout excès inutile de courant. De même, l'écart de phase o de la commande, déterminant lo couple, dépend de cette vitesse de rotation. En outre, le courant de commande présente une forme d'onde G qui évolue selon la vitesse de rotation n relevée, et prend une forme sinusoïdale, triangulaire ou rectangulaire. Les blocs de calcul 6 et 7 disposent ainsi, à partir de la table 4, de données de commande adaptées à la plage de fonctionnement du moteur 10 et n'effectuent qu'un simple calcul d'ajustement de ces données. Il est ici prévu, afin de ne pas décharger excessivement la batterie, de prendre en compte son état de charge, par l'indication correspondante fournie par le bloc 5, dans l'élaboration de la commande du moteur 10. En particulier, le courant est limité lorsque la batterie est fortement déchargée. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur (10) de véhicule à propulsion électrique à partir d'une source d'alimentation électrique et d'organes de pilotage du véhicule et en fonction de conditions observées de fonctionnement du moteur (10), caractérisé par le fait que, des ensembles de données de commande du moteur [ G(#, k) et ##(#, k), of(#, k) j, chaque ensemble étant particulier à une plage déterminée de conditions de fonctionnement, ayant été déterminés et mémorisés dans une phase préparatoire en usine, on observe les conditions de fonctionnement du moteur pour en déterminer celui, desdits ensembles de données de commande [ G(Q, k) et ##(#, k) ;; of(#, k) ] qui leur correspond et, en combinaison avec la commande des organes de pilotage (1), élaborer la commande (9) du moteur (10). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans la phase préparatoire, les ensembles de données de commande [ G( #, k) et ##f (#, k) ; of(#, k) ] ont été déterminés par essais sur une pluralité de véhicules du type de celui dont le moteur (10) est à commander. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel d'autres données de commande du moteur ( E[Pi] ) particulières à des performances de conduite ayant été déterminées et mémorisées dans la phase préparatoire, le conducteur choisit l'une des performances pour combiner les données (Pi), qui lui correspondent, audit ensemble de données d'élaboration de la commande du moteur [G(#, k) et ##(#, k) ; of(n, k)] et aux organes de pilotage (1). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque ensemble de données de commande particulier à une plage de conditions de fonctionnement [ G(#, k) et ##(#, k) ; of(#, k) ] comporte des données relatives à une forme (G) de signal électrique de commande du moteur (10). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on associe au signal de commande du moteur (10) des données de décalage (e of) d'un des paramètres du signal. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, le moteur (10) étant un moteur rotatif synchrone, les données de décalage sont des données de déphasage angulaire (e 7. Procédé selon la revendication 5, Dans lequel, le moteur (10) étant un moteur rotatif asynchrone, les données de décalage sont des données de glissement de fréquence (of). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'état de la source d'alimentation électrique est pris en compte (5) dans l'élaboration de la commande du moteur (10).