Brevet FR2908721A1 — publié le 20080523

Procédé de contrôle de la motricité des roues arrière d'un véhicule automobile et ensemble d'entraînement correspondant L'invention concerne les ensembles d'entraînement de véhicules automobiles, ainsi que les procédés de commande de tels ensembles. Plus particulièrement, l'invention concerne le contrôle de la motricité des roues arrière d'un véhicule automobile hybride. Les véhicules hybrides comprennent généralement, d'une part, un moteur thermique et, d'autre part, un système d'entraînement électrique. Par exemple, alors que le moteur thermique est utilisé pour fournir un couple moteur aux roues avant, le système d'entraînement électrique est utilisé pour fournir un couple moteur aux roues arrière afin soit de fournir momentanément un surcroît de couple électrique en traction, afin d'améliorer les performances dynamiques, soit de permettre au véhicule de fonctionner en quatre roues motrices. La fourniture d'un couple moteur par le système d'entraînement électrique est avantageuse lorsque le véhicule est pourvu d'un système de transmission, de type embrayage, permettant de déconnecter mécaniquement la transmission de couple aux roues, notamment lors des changements de rapports de vitesses. En effet, lors de cette phase, l'accélération du véhicule est nulle, le véhicule avançant sur son erre. Cette rupture du couple moteur lors des changements de rapport de vitesses est ressentie par le conducteur comme un désagrément, de sorte qu'il est souhaitable de pouvoir maintenir l'accélération initiale. Dans ce cadre, il a été proposé de solliciter momentanément, lors des changements de rapport de vitesses, le système de traction électrique afin de compenser la rupture de couple, la machine assurant alors tout ou partie du couple de traction qui était présent sur les roues avant. Cependant, ce couple, de courte durée, peut être important et requis sur toute la plage de fonctionnement de la machine électrique. 2908721 2 Ceci engendre une contrainte majeure, en termes de dimensionnement, pour la machine électrique et l'onduleur qui lui est associé. Par ailleurs, la réversibilité des systèmes de traction électrique leur permet de fonctionner en générateur lors de phases de freinage ou 5 de décélération afin de récupérer l'énergie engendrée. Cette énergie peut alors être stockée et utilisée lors d'une prochaine phase de traction, ce qui permet de réduire sensiblement la consommation en carburant du véhicule. Lorsque le système de traction fonctionne en générateur, il peut 10 être souhaitable de modifier le couple de la machine afin d'augmenter l'énergie électrique générée. Ainsi, il existe un besoin pour un système de traction électrique pour véhicule automobile hybride pourvu d'un moteur à combustion interne destiné à fournir un couple moteur aux roues avant 15 et un système de traction électrique destiné à fournir un couple moteur aux roues arrière, capable d'obtenir un couple le plus élevé possible, tant en mode moteur qu'en mode générateur, sur toute la plage de vitesses d'une machine donnée. En particulier, une amélioration du couple à haute vitesse 20 permettrait d'améliorer le compromis coût/poids/volume pour un système onduleur-machine donné d'un système de traction électrique destiné à fournir un couple moteur à un essieu arrière d'un véhicule automobile hybride, et ce à rapport de démultiplication fixe, L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un 25 procédé de contrôle de la motricité des roues arrière d'un véhicule automobile hybride dans lequel un couple moteur est fourni aux roues arrière par une machine électrique de traction et un couple moteur est fourni aux roues avant par un moteur thermique. Selon une caractéristique générale de ce procédé, la machine 30 électrique est une machine à réluctance commutée à double saillance, la machine étant commandée dans un mode à courant continu de sorte qu'un courant circulant dans chaque enroulement de phase de la machine demeure non nul. 2908721 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, à chaque période électrique de la machine, on élabore une consigne d'angle de conduction de la machine et l'on pilote un onduleur pour chaque enroulement de phase de la machine selon ledit angle de conduction. 5 Dans un mode de réalisation, la consigne d'angle de conduction est extraite d'une table d'angles adressée par une valeur de consigne de couple. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on élabore en outre une valeur de correction de la consigne d'angle de 10 conduction extraite de la table d'angles, ladite valeur de correction étant élaborée à partir d'une estimation du couple calculée à partir d'une estimation du flux de phase. Dans ce cas, à chaque période électrique, on procède, en début de période, à l'élaboration d'une commande d'angle de conduction à 15 partir de la valeur de consigne d'angle de conduction et de la valeur de correction, puis à l'estimation du couple et du flux. En variante, à chaque période électrique, on procède simultanément en début de période à l'élaboration d'une commande d'angle de conduction à partir de la valeur de consigne d'angle de 20 conduction et de la valeur de correction, et à l'estimation du couple et du flux. La consigne de couple peut être élaborée par un calculateur de manière à augmenter le couple du moteur en fonction des conditions de roulage du véhicule ou pour assurer un surplus de puissance. 25 Ainsi, par exemple, la machine est commandée en courant continu en mode moteur. La machine peut encore être commandée en courant continu en mode générateur de manière à augmenter l'énergie récupérée pour le stockage de l'énergie électrique. 30 L'invention a également pour objet, selon un second aspect, un ensemble d'entraînement pour véhicule automobile comprenant : - un moteur thermique assurant l'entraînement des roues avant du véhicule ; 2908721 4 - une machine à reluctance commutée assurant l'entraînement des roues arrière du véhicule ; et - une unité de commande, l'unité de commande étant adaptée pour commander ladite 5 machine dans un mode à courant continu de sorte qu'un courant circulant dans chaque enroulement de phase de la machine demeure non nul. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 10 à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique illustrant le principe de fonctionnement d'un système de traction d'un véhicule automobile hybride ; 15 - la figure 2 montre un exemple de réalisation d'un système de traction électrique pour véhicule automobile hybride ; -la figure 3 montre une topologie d'un onduleur pour la commande de phase de la machine à réluctance commutée de l'ensemble de la figure 2 ; 20 - les figures 4 et 5 montrent l'allure des courants et des tensions de phase de l'onduleur de la figure 3 ; - la figure 6 est un diagramme montrant l'énergie transmise, lors d'une période électrique, à haute vitesse en mode discontinu ; 25 - la figure 7 montre l'évolution de l'énergie transmise sur plusieurs périodes en mode de commande à courant continu ; - la figure 8 est une courbe montrant l'amélioration de la courbe de couple maximum en fonction de la vitesse, avec la loi de commande à courant continu selon l'invention ; 30 - les figures 9 et 10 illustrent respectivement l'évolution temporelle du flux et du courant grâce au contrôle de couple selon l'invention ; 2908721 5 -les figures 11 et 12 illustrent l'évolution de l'angle de conduction et du gain en couple à chaque période en mettant en oeuvre un contrôle de couple conformément à l'invention ; - la figure 13 montre un cycle énergétique sur une période 5 électrique en mode de commande à courant continu, en régime stabilisé ; - les figures 14 et 15 donnent des exemples de séquencement de la régulation du couple ; - les figures 16 et 17 montrent respectivement l'évolution du 10 couple et de l'angle de conduction lors d'un passage du mode discontinu au mode continu ; - les figures 18 et 19 montrent respectivement l'évolution du flux et du courant de phase lors d'un passage du mode discontinu au mode continu ; 15 -les figures 20 et 21 montrent respectivement l'évolution du couple et de l'angle de conduction lors d'une demande d'élévation brusque de couple à partir d'un mode continu ; - les figures 22 et 23 montrent respectivement l'évolution du courant de flux et de phase lors d'une demande d'élévation 20 brusque de couple à partir du mode continu ; et - la figure 24 est un schéma synoptique représentant un mode de réalisation possible d'un système d'entraînement de véhicule automobile hybride pourvu d'un embrayage piloté. Sur la figure 1, on a représenté l'architecture générale d'un 25 système de traction hybride d'un véhicule automobile doté d'un ensemble d'entraînement conforme à l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'ensemble d'entraînement comporte un moteur thermique 1 associé à une transmission 2 assurant l'entraînement des roues avant 3 et 4 du 30 véhicule. L'ensemble d'entraînement est également pourvu d'une machine électrique de traction 5 à réluctance commutée à double saillance, également connue sous l'appellation de machine à reluctance variable , associée à un onduleur ou convertisseur 6 pour 2908721 6 fournir un couple moteur aux roues arrière 7 et 8 du véhicule. L'ensemble est alimenté par une batterie 9 de stockage d'énergie électrique. Suivant les circonstances de fonctionnement du véhicule, le 5 mouvement du rotor de la machine à réluctance commutée est transmis aux roues 7 et 8 ou inversement. En d'autres termes, par exemple, lorsque la transmission 2 est déconnectée mécaniquement, par exemple lors des changements de rapport de vitesses, la machine électrique 5 est sollicitée de manière à 10 fournir du couple aux roues arrière permettant de fournir un surcroît de couple électrique en traction pour compenser la rupture de couple engendrée par la déconnexion de la transmission 2. La machine électrique 5 peut également être sollicitée afin de faire fonctionner le véhicule en mode quatre roues motrices. 15 Inversement, lors de phases de freinage ou de décélération, la machine électrique 5 fonctionne en générateur, l'énergie électrique générée étant alors stockée dans la batterie 9. On a représenté sur la figure 2 un exemple de réalisation de l'ensemble de traction électrique. 20 Sur cette figure, on reconnaît la machine à réluctance variable 5 associée à l'onduleur 6 et une unité de commande 9 comprenant des moyens matériels et logiciels dûment programmés lui permettant de commander le fonctionnement de la machine par l'intermédiaire de l'onduleur 6 et, en particulier, les phases de magnétisation et de 25 démagnétisation ainsi que, dans les basses vitesses, le courant de phase crête qui est régulé. Comme cela sera décrit en détail par la suite, la machine 5 est pilotée par l'unité de commande 9 au moyen de lois de commande issues de tables T adressées par une valeur de consigne de couple Cons 30 pour donner des angles d'amorçage ON, de conduction Op et le courant de crête (Ih,m) limite, en fonction de la vitesse de la machine obtenue à partir d'un capteur 10. Eventuellement, on pourra également prendre en compte la tension d'alimentation continue de l'onduleur si celle-ci est 2908721 7 susceptible de varier, ainsi que d'autres paramètres tels que la température des bobinages. Ainsi, à chaque période électrique, un pointeur est défini en fonction de ces paramètres externes (vitesse, tension d'alimentation, 5 température des bobinages, etc.) et de la consigne de couple C. Ce pointeur adresse alors les tables d'angles qui fournissent les paramètres de commande (ON, Op, Ilim) à basse vitesse et les paramètres (ON et Op), à haute vitesse. En effet, afin de piloter la machine à réluctance variable 5, on utilise comme paramètres d'entrée 10 de l'unité de commande 9 les paramètres de commande ON, Op et Ilim à basse vitesse et ON, Op à haute vitesse, ces paramètres étant optimisés pour chaque point de fonctionnement couple-vitesse. A partir de la valeur de consigne de couple Op extraite des tables d'angles T, une commande d'angle Op' est élaborée pour piloter 15 les onduleurs de manière à obtenir le couple désiré. En se référant maintenant à la figure 3, chaque phase de la machine 5 est pilotée au moyen d'un onduleur 6. Sur cette figure 3, VDC représente la tension continue d'alimentation de l'onduleur, Il et I2 deux interrupteurs électriques commutables à l'ouverture et à la 20 fermeture et Dl et D2 deux diodes. L'unité de commande 9 est agencée pour commander la machine sur toute la plage de vitesses de la machine en mode à courant continu de sorte qu'un courant dans chaque enroulement de phase demeure non nul. En d'autres termes, la magnétisation de la phase de la machine, 25 qui se fait dans l'intervalle de temps constitué par l'angle de conduction 01,, est contrôlée de manière que l'angle de conduction soit supérieur à 180 , pour chaque période électrique. L'augmentation de l'angle de magnétisation Op à plus de 180 électrique permet au courant de ne plus s'annuler en fin de première 30 période électrique. La seconde période commençant avec un courant initial non nul, ceci va permettre de saturer davantage la machine et d'obtenir ainsi davantage de couple. 2908721 8 Ce processus, itéré un certain nombre de fois à vitesse donnée, permet à chaque itération d'avoir davantage de couple jusqu'à stabilisation naturelle ou contrôlée du système. Le couple délivré par la machine à vitesse constante est 5 proportionnel à l'énergie transmise par une phase du moteur. En référence aux figures 4 à 6, pour un pilotage en mode discontinu, pour lequel l'évolution du courant de phase 'phase et de la tension de phase Vphase sont représentés aux figures 4 et 5, l'énergie transmise lors d'une période électrique à haute vitesse est très réduite par rapport à 10 la quantité d'énergie potentiellement utilisable, c'est-à-dire telle qu'elle est délimitée par les inductances de phase minimum (Courbe I ; dents de la machine en opposition), maximum (Courbe II ; dents en conjonction), et le courant de phase maximum admissible IlZ12. Par exemple, à haute vitesse, le couple délivré par la machine 5 est 15 proportionnel à la surface III des courbes représentées sur la figure 6. On constate donc que le couple est relativement réduit à haute vitesse. Au contraire, grâce à une commande dans un mode à courant continu, comme illustré à la figure 7 qui illustre l'évolution de l'énergie transmise sur plusieurs périodes électriques à vitesse de 20 rotation constante, sous l'effet de l'application d'un angle de conduction 0p supérieur à 180 , la saturation progressive de période en période produit un accroissement du cycle énergétique (i.e. la surface parcourue) et donc du couple disponible sur l'arbre moteur. On constate donc, en référence à la figure 8, qui permet de comparer le 25 couple maximum en fonction de la vitesse pouvant être obtenue avec une loi de commande classique (courbe IV) et avec une loi de commande en mode courant continu (courbe V), un net gain en couple lorsque le mode courant continu est utilisé conformément à l'invention pour fournir un couple de traction aux roues arrière du véhicule 30 automobile. Ainsi, dans le cadre d'un contrôle de couple réalisé conformément à l'invention, comme illustré aux figures 9 et 10, on obtient une stabilité du flux (p et du courant de phase 'phase. De même, en référence aux figures 11 et 12, qui illustrent respectivement 2908721 9 l'évolution de l'angle de conduction Op et du gain relatif en couple G, il a été constaté que le couple fourni atteint la valeur de consigne Cons en un nombre réduit de périodes électriques. En se référant à nouveau à la figure 2, on va maintenant décrire 5 le processus d'élaboration du signal de commande Op' de l'angle de conduction. Comme indiqué précédemment, cette commande d'angle de conduction Op' est basée sur l'utilisation de tables d'angles T adressées par une consigne de couple Cons. Elle est en outre basée sur 10 l'élaboration d'une valeur de correction de la consigne d'angle AOp issue d'un régulateur 20. Ce régulateur 20 comporte un comparateur 22 qui permet de calculer une erreur e entre une valeur de consigne de couple Cons et une valeur de consigne Cest estimée à l'aide de moyens d'estimation de 15 couple 24, à partir d'une estimation de flux (Dest, fournie par des moyens d'estimation de flux référencés 25. Cette erreur e sur la consigne est traitée par un correcteur 26, par exemple de type proportionnel-intégral 26 en élaborant une valeur de correction de consigne d'angle de conduction AOp permettant de 20 rendre l'erreur e nulle, la consigne estimée étant égale à la consigne de couple de manière à assurer un angle de conduction Op à au moins 180 et donc un fonctionnement en mode courant continu. On notera que l'estimation de couple et l'estimation de flux effectuée à l'aide des moyens 24 et 25 est une procédure de type 25 classique. Elle ne sera donc pas décrite en détail par la suite. On notera cependant que le flux peut être estimé par intégration de la tension appliquée à une phase lors d'une période électrique à partir de la relation : 30 CI) est = J(V-phase ù R phase 'phase) dt (1) 2908721 10 dans laquelle : - Rphase désigne la résistance du bobinage statorique de la machine 5 ; 5 - Vphase désigne la tension de phase ; et - 'phase désigne le courant de phase. On notera que l'estimation du couple requiert une période électrique. Ainsi, le couple requis ne s'établit qu'après plusieurs périodes électriques. Dans le cadre de la commande en mode à courant 10 continu, on applique lors de la première période électrique, ou après un changement de couple de consigne, une valeur de consigne d'angle de conduction Op égale à l'angle fourni par les tables d'angles 8, c'est-à-dire que l'on initialise l'erreur e à zéro. La valeur de correction de la consigne d'angle est ensuite 15 calculée et vient modifier, si cela s'avère nécessaire, l'angle de conduction appliqué à la machine au cours de la seconde période, ou encore au cours de la période suivant celle où est intervenu le changement de couple de consigne. Cette procédure est répétée tant que le couple de consigne ne 20 varie pas significativement, en particulier en regard de la résolution de la table d'angles. Au cours d'une période électrique, plusieurs taches doivent ainsi être séquencées. L'instant de début de magnétisation ON reste inchangé. Au 25 cours de la période de magnétisation, la consigne donnant la valeur de l'angle de conduction Op est calculée. Selon une première option, représentée par le chronogramme de la figure 14, le début de la période de magnétisation peut être consacré au calcul de la commande 01,', l'estimation de couple commençant 30 ensuite. Une extrapolation linéaire est alors réalisée sur cette période de manière à estimer le couple et le flux. Selon une deuxième option, le calcul de la commande Oppeut être réalisé en parallèle sur l'estimation du couple durant le début de 2908721 11 magnétisation. Le chronogramme de la figure 15 illustre cette deuxième option. Dans de cadre d'un contrôle de couple de traction de traction fourni aux roues arrière d'un véhicule automobile par une machine à 5 réluctance contrôlée conforme à l'invention, les figures 16 et 17 illustrent respectivement l'évolution du gain relatif couple G et de l'angle de conduction Op lors d'un passage d'un mode discontinu à un mode à courant continu. On constate que grâce à une conduction en mode à courant continu, on obtient un gain sensible en couple. 10 De même, en référence aux figures 18 et 20, qui illustrent l'évolution du flux (p et du courant de phase 'phase lors d'un passage d'un mode discontinu à un mode à courant continu, le mode de conduction à courant continu permet d'obtenir un gain de courant de phase et un gain de flux de phase. 15 En se référant également aux figures 20 et 21, qui illustrent respectivement l'évolution du gain relatif en couple G et de l'angle de conduction Op lors d'une demande d'élévation brusque de couple à partir d'un mode à courant continu, on voit que la demande peut être satisfaite rapidement. 20 Enfin, en référence aux figures 22 et 23, qui illustrent respectivement l'évolution du courant 'phase et du flux de phase (p lors d'une demande d'élévation brusque de couple à partir d'un mode à courant continu, on voit que cette demande s'accompagne d'une élévation de courant de phase et de flux de phase. 25 En se référant enfin à la figure 24, l'invention peut en particulier s'appliquer à un système de transmission comprenant un embrayage 27 piloté par un superviseur 28. Dans ce cas, le superviseur 28 peut être programmé de manière à provoquer la fourniture du couple de traction par la machine à 30 réluctance variable simultanément au pilotage de l'embrayage 27, par exemple lors d'un débrayage. On notera enfin que la technologie à réluctance commutée qui utilise le mode courant continu offre d'excellents compromis pour 2908721 12 satisfaire les contraintes majeures d'une architecture hybride pour le train arrière. I1 est ainsi possible de fonctionner sur un très fort rapport de défluxage, constitué par le rapport entre la vitesse à couple maximum 5 et la vitesse maximum, ce qui est le cas lorsque la machine fournit du couple de traction à rapport de démultiplication fixe, sans pénaliser le dimensionnement en courant de l'onduleur. I1 est également possible de fournir transitoirement des élévations de couple à n'importe quel régime de la machine, ce qui 10 permet notamment de maintenir une accélération lorsque les roues avant ne sont plus motrices, par exemple lors d'un changement de rapport de vitesse. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la motricité des roues arrière d'un véhicule automobile hybride, dans lequel un couple moteur est fourni aux roues arrière par une machine électrique de traction (5) et un couple moteur est fourni aux roues avant par un moteur thermique (1), caractérisé en ce que la machine électrique est une machine à réluctance commutée à double saillance, et en ce que l'on commande ladite machine dans un mode à courant continu de sorte qu'un courant circulant dans chaque enroulement de phase de la machine demeure non nul. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque période électrique de la machine, on élabore une consigne d'angle de conduction (Op)de la machine et l'on pilote un onduleur (6) pour chaque enroulement de phase de la machine selon ledit angle de conduction de la machine. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la consigne d'angle de conduction est extraite d'au moins une table d'angles (T) adressée par une valeur de consigne de couple. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on élabore en outre une valeur (AOp) de correction de la consigne d'angle de conduction extraite de la table d'angles (T), ladite valeur de correction (AOp) étant élaborée à partir d'une estimation du couple calculée à partir d'une estimation du flux de phase. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à chaque période électrique, on procède, en début de période, à l'élaboration d'une commande d'angle de conduction (Or à partir de la valeur de consigne d'angle de conduction (op et de la valeur de correction de l'angle de conduction (AOp), puis à l'estimation du couple et du flux. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à chaque période électrique, on procède simultanément, en début de période, à l'élaboration d'une commande d'angle de conduction à 2908721 14 partir de la valeur de consigne d'angle de conduction (Op ) et de la valeur de correction (AOp), et à l'estimation du couple et du flux. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la consigne de couple est élaborée par un 5 calculateur (9) de manière à augmenter le couple du moteur en fonction des conditions de roulage du véhicule ou pour assurer un surplus de puissance. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la machine est commandée en courant continu en mode moteur. 10 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la machine est commandée en courant continu en mode générateur de machine à augmenter l'énergie récupérée pour le stockage de l'énergie électrique. 10. Ensemble d'entraînement pour véhicule automobile 15 comprenant : - un moteur thermique (1) assurant l'entraînement des roues avant (3, 4) du véhicule automobile, - une machine à réluctance commutée (5) assurant l'entraînement des roues arrière du véhicule (7 , 8), et 20 - une unité de commande (9), caractérisé en ce que l'unité de commande (9) est adaptée pour commander ladite machine dans un mode à courant continu de sorte qu'un courant circulant dans chaque enroulement de phase dans la machine demeure non nul.