Brevet FR2985395A1 — publié le 20130705

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU [0001] L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur électrique à courant continu, et plus particulièrement, un procédé de commande d'un moteur utilisé pour actionner une vanne disposée dans une ligne d'admission d'un moteur à combustion, telle qu'une vanne de recirculation des gaz d'échappement. [0002] Un moteur électrique à courant continu, quand il est destiné à actionner une vanne de recirculation des gaz d'échappement, n'est pas dimensionné pour fonctionner constamment au maximum de sa puissance, c'est-à-dire, n'est pas dimensionné pour pouvoir supporter constamment une tension proche de la tension nominale d'une batterie d'un véhicule automobile. En effet, lors du fonctionnement nominal d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement, il n'est pas nécessaire d'utiliser constamment la puissance maximale ; de plus, lorsque le système de contrôle rapproché sollicite le moteur à commande maximale pour accélérer le déplacement de l'organe mobile de la vanne lors des commandes d'ouverture ou de fermeture de la vanne, ces sollicitations sont trop brèves pour conduire à l'échauffement du moteur électrique. [0003] Cependant, lors d'un blocage de l'organe mobile de la vanne ou lors du maintien de cet organe en une position stabilisée sur un point de fonctionnement du moteur à combustion interne en pleine charge, la vanne subit de fortes différences de pression ce qui nécessite la pleine puissance sur de longues durées. Un risque existe que, par effet Joule, le bobinage du moteur électrique atteint une température maximale à partir de laquelle le bobinage se rompt. [0004] II existe des solutions qui consistent à équiper les moteurs à courant continu d'une sonde thermique. Cependant, une telle solution n'est pas applicable dans l'actionnement des vannes disposées dans une conduite d'admission vu l'environnement de ces vannes et l'encombrement et le coût de ces sondes. [0005] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [0006] L'invention porte ainsi sur un procédé de commande d'un moteur électrique à courant continu muni d'un bobinage, le moteur actionnant un organe mobile d'une vanne d'une ligne d'admission d'un moteur à combustion, le procédé commandant l'actionnement du moteur électrique à partir d'une valeur de commande brute générée par un système de contrôle rapproché, caractérisé en ce que la valeur de commande envoyée au moteur électrique est la plus faible valeur entre la valeur de la commande brute et une valeur de commande sécurisée qui est associée à une température du bobinage déterminée à partir de la tension appliquée au moteur électrique, de l'intensité électrique traversant ce dernier et de la vitesse de déplacement de l'organe mobile de la vanne. [0007] Ainsi, le présent procédé ne nécessite pas l'emploi de sonde de température, mais uniquement, d'une part, une mesure de la tension aux bornes du moteur électrique et l'intensité le traversant, et, d'autre part, un capteur de position de l'organe mobile de la vanne, c'est-à-dire des données déjà accessibles. De plus, ces trois types de données (tension, intensité et position) permettent de contrôler la vanne en tenant compte de l'existence d'un blocage de l'organe mobile ou d'une différence de pression importante de part et d'autre de la vanne. [0008] Selon un premier mode de réalisation, la température du bobinage est déterminée à partir de la valeur de la résistance électrique de ce dernier. [0009] Selon un second mode de réalisation, la valeur de la résistance électrique du bobinage est déterminée par le rapport d'une tension appliquée au bobinage sur une intensité du courant traversant le moteur électrique. [0010] Selon un troisième mode de réalisation, la valeur de la résistance électrique du bobinage est déterminée par le rapport d'une somme temporelle des tensions appliquées au bobinage pendant un intervalle de temps, sur une somme temporelle des intensités du courant traversant le moteur électrique pendant le même intervalle de temps. [0011] Selon un quatrième mode de réalisation, quand la somme temporelle des tensions ou la somme temporelle des intensités atteint une valeur maximale liée à la capacité d'un calculateur numérique où ces sommes sont mémorisées, les deux sommes temporelles sont simultanément rendues égales aux dernières valeurs de la tension appliquée au bobinage et de l'intensité du courant traversant le moteur électrique. [0012] Selon un cinquième mode de réalisation, la valeur de la tension appliquée au bobinage est égale à la différence entre la tension de commande appliquée au moteur électrique et une tension induite dans le bobinage par l'activation de l'organe mobile. [0013] Selon un sixième mode de réalisation, la tension induite dans le bobinage est proportionnelle à une vitesse de déplacement de l'organe mobile. [0014] Selon un septième mode de réalisation, la vitesse de déplacement de l'organe mobile est déterminée à partir d'une dérivation temporelle d'une mesure de la position d'un repère de l'organe mobile. [0015] Selon un huitième mode de réalisation, la nature de la commande du moteur électrique est une tension. [0016] Selon un neuvième mode de réalisation, la nature de la commande du moteur électrique est une intensité. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant le principe de limitation de la commande d'un moteur électrique conforme à la présente invention ; - la figure 2 est un schéma illustrant un procédé de détermination de la température d'un bobinage ; - la figure 3 est un graphe représentant, en fonction de la température, une commande sécurisée. [0018] La figure 1 représente un système permettant de contrôler une vanne 1 disposée dans une ligne d'admission d'un moteur à combustion en commandant un moteur électrique 2 tout en protégeant ce dernier contre d'éventuelles surchauffes. Le moteur électrique 2 reçoit une commande qui est envoyée d'un système de contrôle rapproché 3 puis transformée par un pont en H 4. [0019] Le système de contrôle rapproché 3 comprend un dispositif de commande 5 qui est utilisé pour contrôler la vanne 1 conformément aux conditions de vies du moteur à combustion. Ce dispositif de commande 5 génère une valeur de commande brute Cb qui est destinée à être envoyée au pont en H 4 puis au moteur électrique 2. [0020] Afin de protéger le moteur électrique 2, le système de contrôle rapproché 3 comprend un dispositif 6 de détermination de la température T du moteur électrique 2 (plus précisément, la température T du bobinage) qui utilise la vitesse de déplacement W d'un organe mobile de la vanne 1, l'intensité électrique I traversant le moteur électrique 2 et la tension U appliquée au moteur électrique 2. [0021] Le système de contrôle rapproché 3 comprend également un dispositif de limitation 7 qui, dans un premier temps, détermine une valeur de commande sécurisée Cs acceptable par le moteur électrique 2 compte tenu de 2 9 853 95 4 la température T du bobinage, et, dans un second temps, envoie au pont en H 4, comme valeur de commande final Cf la plus faible valeur entre la valeur de la commande brute Cb et la valeur de commande sécurisée Cs. [0022] De façon plus précise, les étapes du procédé du présent mode de 5 réalisation de l'invention sont les suivantes : [0023] Un capteur de position mesure la position d'un repère lié à l'organe mobile de la vanne 1 (par exemple, la position angulaire d'une came entraînant la translation de l'organe mobile). [0024] La vitesse de déplacement W de l'organe mobile de la vanne est 10 obtenue par dérivation temporelle de la position mesurée par le capteur de position. [0025] La vitesse de rotation de l'arbre du moteur électrique 1 est obtenue par multiplication de la vitesse de déplacement W de l'organe mobile par une constante qui est l'inverse du rapport de réduction N d'un système 15 d'engrenage situé entre l'arbre du moteur et la came. [0026] Une valeur de la force électromotrice E induite dans le bobinage du moteur 2 est obtenue par multiplication de la vitesse de rotation du moteur électrique par une constante égale à la constante de couple K du moteur 2. Ainsi, dans le présente mode de réalisation, E = K.W/N 20 [0027] La tension V existant aux bornes du bobinage est égale à la différence entre la tension U appliquée aux bornes du moteur 2 et la force électromotrice E. Ainsi, V = U - E. [0028] La résistance R du bobinage est obtenue par la division de la tension V aux bornes du bobinage par l'intensité I du courant consommé par le moteur 25 2 : R = V/I. L'intensité I est obtenue par le pont en H 4. De façon plus précise, afin d'avoir un lissage de la valeur de la résistance R, le rapport est celui d'une somme temporelle des tensions V appliquées au bobinage pendant un intervalle de temps, sur une somme temporelle des intensités I du courant traversant le moteur électrique pendant le même intervalle de temps. Par 30 ailleurs, afin de réaliser les deux sommes temporelles, il est nécessaire de mémoriser les sommes obtenues lors de l'instant précédent afin d'y ajouter les valeurs actuelles, ce qui requiert une certaine capacité d'un calculateur numérique. Afin d'éviter une saturation des mémoires, dès que l'une des deux sommes temporelle entre celle des tensions et celle des intensités atteint une 35 valeur maximale, les deux sommes temporelles sont simultanément rendues égales aux dernières valeurs de la tension appliquée au bobinage et de l'intensité du courant traversant le moteur électrique (c'est-à-dire aux valeurs actuelles). [0029] La température T du bobinage est obtenue à partir d'une loi linéaire caractérisant la résistance R en fonction de la température et d'une constante A liée au matériau du bobinage : T = To + (R/Ro - 1)/A, où Ro est une valeur de référence de la résistance pour une température de référence To. [0030] La valeur de commande sécurisée est obtenue à partir d'une relation entre la température du bobinage et la valeur de commande du moteur. La figure 3 illustre une telle relation. La commande nominale Cnom représente la commande qui, appliquée indéfiniment au moteur 2, entraîne l'élévation de la température du bobinage à la température maximale Tmax que peut supporter le bobinage. La commande maximale Cmax correspond à la commande maximale pouvant être supportée ponctuellement par le bobinage. Connaissant la température T du bobinage, il est possible de déterminer la commande sécurisée Cs correspondante. [0031] Connaissant la valeur de commande sécurisée Cs et la valeur de commande brute Cb, le dispositif de limitation 7 envoie au pont en H 4 une valeur de commande finale Cf égale à la plus faible de ces deux valeurs Cb, Cs. [0032] Le pont en H 4 transforme cette valeur finale Cf en une tension de commande du moteur 2 qui devient la tension U aux bornes de ce dernier. [0033] La présente invention n'est pas limitée au présent mode de réalisation. [0034] II serait possible que la température T de la bobine soit déterminée autrement que par une succession de calcul, par exemple par cartographie. [0035] II serait également possible que le moteur électrique 2 soit commandé à partir d'une intensité I au lieu d'une tension U, le dispositif de limitation 7 donnant alors une valeur d'une commande sécurisée en intensité en fonction de la température au lieu de donner une valeur d'une commande sécurisée en tension. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur électrique (2) à courant continu muni d'un bobinage, le moteur (2) actionnant un organe mobile d'une vanne (1) d'une ligne d'admission d'un moteur à combustion, le procédé commandant l'actionnement du moteur électrique (2) à partir d'une valeur de commande brute (Cb) générée par un dispositif de commande (5), caractérisé en ce que la valeur de commande (Cf) envoyée au moteur électrique (2) est la plus faible valeur entre la valeur de la commande brute (Cb) et une valeur de commande sécurisée (Cs) qui est associée à une température (T) du bobinage déterminée à partir de la tension (U) appliquée au moteur électrique (2), de l'intensité électrique (I) traversant ce dernier et de la vitesse de déplacement (W) de l'organe mobile de la vanne (1). 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température (T) du bobinage est déterminée à partir de la valeur de la résistance électrique (R) de ce dernier. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la résistance électrique (R) du bobinage est déterminée par le rapport d'une tension (V) appliquée au bobinage sur une intensité (I) du courant traversant le moteur électrique (2). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de la résistance électrique (R) est déterminée par le rapport d'une somme temporelle des tensions (V) appliquées au bobinage pendant un intervalle de temps, sur une somme temporelle des intensités (I) du courant traversant le moteur électrique pendant le même intervalle de temps. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, quand la somme temporelle des tensions (V) ou la somme temporelle des intensités (I) atteint une valeur maximale liée à la capacité d'un calculateur numérique où ces sommes sont mémorisées, les deux sommes temporelles sont simultanément rendues égales aux dernières valeurs de la tension (V) appliquée au bobinage et de l'intensité (I) du courant traversant le moteur électrique (2). 6. Procédé de commande selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la valeur de la tension (V) appliquée au bobinage est égale à la différence entre la tension (U) appliquée au moteur électrique (2) et une tension (E) induite dans le bobinage par l'activation de l'organe mobile. 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tension (E) induite dans le bobinage est proportionnelle à une vitesse de déplacement (W) de l'organe mobile. 8. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement (W) de l'organe mobile est déterminée à partir d'une dérivation temporelle d'une mesure de la position d'un repère de l'organe mobile. 9. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la nature de la commande du moteur électrique (2) est une tension. 10. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la nature de la commande du moteur électrique (2) est une intensité.