Brevet FR3033640A1 — publié le 20160916

Estimateur du couple fourni par une machine électrique destinée à la propulsion d'un véhicule automobile et procédé associé La présente demande concerne le domaine des véhicules 5 automobiles à propulsion électrique ou hybride, et plus particulièrement des modules de commande de la machine électrique de propulsion équipant de tels véhicules. Dans un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride, il importe particulièrement, par exemple pour des raisons de 10 confort et de sécurité, de contrôler le plus précisément possible le couple délivré par la machine électrique de propulsion du véhicule. Afin de réguler le couple délivré, on peut utiliser une boucle de régulation classique comprenant un sommateur, un correcteur et un moyen d'estimation ou de mesure du couple délivré par la machine 15 électrique. Concernant le moyen d'estimation ou de mesure, le couple délivré par une machine électrique peut être déterminé à partir de l'intensité d'alimentation de la machine électrique et du flux magnétique généré par les bobinages. 20 Le flux magnétique généré par les bobinages d'une machine électrique peut en effet être déduit de l'intensité d'alimentation. La relation entre l'intensité et le flux comprend un premier domaine linéaire, pour de faibles valeurs d'intensité d'alimentation, et un domaine non linéaire, se traduisant par une saturation du flux 25 magnétique, pour les hautes intensités d'alimentation. Il est alors difficile d'estimer avec précision le flux magnétique généré par une machine électrique. Cet inconvénient est d'autant plus important que le couplage magnétique de la machine électrique est fort, comme par exemple sur une machine synchrone à rotor bobiné. 30 Afin d'éviter de fonctionner dans le domaine non linéaire, on peut surdimensionner la machine électrique. Cela n'est toutefois pas possible dans le domaine automobile, les machines électriques étant dimensionnées de manière à répondre à d'importantes contraintes de poids et d'encombrement. Il est alors nécessaire de savoir estimer avec 3033640 2 précision le flux magnétique dans le domaine linéaire comme dans le domaine non linéaire. Le logiciel Maxwell® permet de calculer les composantes dans le repère de Park du flux magnétique généré par la machine électrique, en fonction des intensités d'alimentation exprimées dans le repère de Park, dans le domaine linéaire comme dans le domaine non linéaire de fonctionnement de la machine électrique. Cependant, ce logiciel nécessite d'importantes ressources de calcul et de mémoire. Il est donc difficilement envisageable de l'incorporer sur l'ordinateur de bord d'un véhicule automobile. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif d'estimation du couple délivré par une machine électrique de propulsion d'un véhicule automobile, permettant une estimation du flux magnétique précise dans le domaine de fonctionnement non linéaire de la machine électrique, et nécessitant de faibles ressources de calcul et de mémoire. A cet effet, il est proposé un procédé d'estimation du couple d'une machine électrique d'un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride, dans lequel on détermine les intensités d'alimentation de la machine électrique exprimées dans un repère biphasé, on estime les composantes dans le repère biphasé du flux magnétique induit par la machine électrique, et on calcule une estimation du couple fourni par la machine électrique. Pour estimer les composantes du flux magnétique, on applique au moins une fonction sigmoïde (telle que logsig ou tansig) à une intensité pondérée calculée à partir des intensités exprimées dans le repère biphasé. Le repère biphasé peut par exemple être un repère de Park ou un repère de Clarke. Dans de tels repères, les intensités d'alimentation des phases du stator sont transformées en un vecteur d'intensité à deux coordonnées : une intensité directe et une intensité quadratique. Dans le cas d'une machine électrique à rotor bobiné, l'intensité d'alimentation du rotor peut être ajoutée en tant que troisième coordonnée du vecteur d'intensité. 3033640 3 De par leur forme, les fonctions sigmoïdes sont idéales pour approximer les représentations en forme de nappe en trois dimensions des flux magnétiques. Par ailleurs, l'application d'une fonction sigmoïde ne nécessite que peu de ressources de calcul et de mémoire. 5 Selon un mode de mise en oeuvre, on recueille les intensités d'alimentation des phases du stator et l'intensité d'alimentation du rotor, puis on détermine un vecteur d'intensité comprenant comme coordonnées une intensité directe et une intensité quadratique faisant partie toutes deux desdites intensités exprimées dans le repère biphasé, 10 et l'intensité d'alimentation du rotor. Selon un mode de mise en oeuvre, on calcule au moins une intensité pondérée en faisant la somme des coordonnées du vecteur d'intensité, chaque coordonnée étant pondérée par un poids, un biais étant en outre ajouté à ladite somme. 15 Dans un tel mode de réalisation, on peut calculer, pour chaque intensité pondérée, une image en appliquant une fonction sigmoïde à ladite intensité pondérée. On peut en outre prévoir de calculer les composantes du flux en faisant la somme des images délivrées par les fonctions sigmoïdes, 20 chaque image étant pondérée par un poids, un biais étant en outre ajouté à ladite somme. En pondérant les résultats intermédiaires tels que les intensités exprimées dans un repère biphasé tel qu'un repère de Park ou de Clarke et les images délivrées par les fonctions sigmoïdes par des 25 poids, et en leur additionnant des biais, il est possible d'ajuster les paramètres de calcul des composantes du flux de manière à améliorer la précision. Dans de tels modes de réalisation, les poids et les biais peuvent être déterminés par une méthode de rétropropagation du gradient. 30 La méthode de rétropropagation du gradient est une méthode classique visant à faire converger les poids et les biais vers des valeurs limites permettant d'améliorer le procédé d'estimation. Comme cela sera expliqué par la suite, elle est particulièrement adaptée dans le cadre de cette invention. 3033640 4 Dans un mode de mise en oeuvre, pour le calcul de la composante directe du flux magnétique dans un repère de Park, on calcule quatre intensités pondérées et on applique une fonction logsig :x H> 1à chacune des quatre intensités pondérées. 1+e' 5 Le choix de la fonction logsig est particulièrement avantageux pour déterminer la composante directe du flux magnétique, car celle-ci est à valeurs positives. Selon un autre mode de mise en oeuvre, pour le calcul de la composante quadratique du flux magnétique dans un repère de Park, on 10 calcule quatre intensités pondérées et on applique une fonction tansig :x tanh(x) à chacune des quatre intensités pondérées. Le choix de la fonction tansig pour la composante quadratique du flux est particulièrement judicieux, étant donné que la composante quadratique est à valeurs positives et négatives. 15 Selon un autre aspect, un estimateur de couple pour module de commande d'une machine électrique d'un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprend des moyens pour déterminer les intensités d'alimentation de la machine électrique exprimées dans un repère biphasé et un calculateur apte à calculer les 20 composantes dans ledit repère, du flux magnétique induit par la machine électrique et apte à estimer le couple fourni par la machine électrique. Le calculateur comprend au moins un module de calcul d'une intensité pondérée, chaque module de calcul étant associé à un module d'application d'une fonction sigmoïde apte à appliquer une 25 fonction sigmoïde à l'intensité pondérée calculée par le module de calcul associé. Selon un mode de réalisation la machine électrique est une machine synchrone à rotor bobiné. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 3033640 5 - la figure 1 représente schématiquement un module de commande d'une machine électrique d'un véhicule automobile à propulsion hybride électrique, - la figure 2 représente schématiquement l'estimateur de 5 couple du module de commande de la figure 1, et - la figure 3 représente schématiquement un procédé d'estimation du couple pouvant être mis en oeuvre au moyen de l'estimateur des figures 1 et 2. En référence à la figure 1, il est représenté un module de 10 commande 2 d'une machine électrique 4. La machine électrique 4 est destinée à la propulsion d'un véhicule automobile hybride électrique. On peut envisager, sans sortir du cadre de l'invention, d'utiliser un tel module de commande pour une machine électrique destinée à la propulsion d'un véhicule automobile à propulsion 15 électrique « pure ». Les caractéristiques et le fonctionnement du module de commande peuvent alors être exactement les mêmes que ce qui sera décrit par la suite. Le module de commande 2 recueille des données issues du conducteur, en l'espèce l'enfoncement de la pédale d'accélérateur. 20 Cette donnée est symboliquement représentée par la flèche référencée 6 sur la figure 1. Un bloc de calcul 8 traite les données recueillies symbolisées par la flèche 6, de manière à calculer un couple de consigne C. le couple de consigne correspond au couple souhaité par le conducteur du 25 véhicule. Le couple de consigne C, est traité par un bloc de régulation 10, délivrant un couple régulé Cr. Le couple Cr est traité par un actionneur électrotechnique 12 délivrant les intensités d'alimentation de la machine électrique 4. Dans 30 ce mode de réalisation, la machine électrique 4 est une machine électrique synchrone à stator à trois phases et à rotor bobiné. L'actionneur 12 délivre donc une intensité Ii d'alimentation de la première phase du stator de la machine électrique 4, une intensité 12 d'alimentation de la deuxième phase du stator, une intensité 13 3033640 6 d'alimentation de la troisième phase du stator, et une intensité IF d'alimentation du bobinage du rotor de la machine électrique 4. Le module de commande 2 comprend en outre un estimateur de couple 14. L'estimateur de couple 14 recueille les intensités 5 d'alimentation It, 12, 13 et IF délivrées par l'actionneur 12 et appliquées aux composants de la machine électrique 4. L'estimateur 14 traite ces signaux et délivre en sortie une estimation Cest du couple délivré par la machine électrique 4. Le bloc de régulation 10 comprend un sommateur 16 apte à 10 calculer la différence entre le couple de consigne Cc, délivré par le bloc de calcul 8 et l'estimation de couple Cest, délivrée par l'estimateur 14. Le sommateur calcul un écart de couple s, =Cc-Ces,. Le bloc de régulation 10 comprend en outre un correcteur 18, traitant l'erreur £c pour calculer le couple régulé Cr. 15 On a représenté sur la figure 2 l'estimateur 14 du module de commande de la figure 1. Dans l'exemple illustré, l'estimateur 14 comprend des moyens 20 pour calculer les intensités d'alimentation exprimées dans un repère de Park. Le repère de Park est ici utilisé à titre d'exemple d'un repère 20 biphasé. On pourrait également utiliser un repère de Clarke. Le repère de Park est lié au champ tournant de la machine électrique 4 et permet d'exprimer les intensités d'alimentation des trois phases du stator de la machine électrique 4 en un vecteur comprenant deux coordonnées : une intensité directe Id et une intensité quadratique On ajoute à ce 25 vecteur une troisième coordonnée égale au courant IF d'alimentation du rotor. De cette manière, en appliquant la transformée de Park, les moyens 20 délivrent un vecteur dit vecteur d'intensité, de dimension 3 : _ F _ L'estimateur 14 comprend un calculateur 22 apte à calculer 30 l'estimation Cest du couple délivré par la machine électrique 4 en fonction du vecteur d'intensité délivré par les moyens 20. Iq 3033640 7 Le calculateur 22 comprend un premier module de calcul 24 apte à calculer le vecteur d'intensités pondérées. Les intensités pondérées qui composent ce vecteur désignent des grandeurs calculées en faisant une somme pondérée des intensités exprimées dans le repère 5 de Park, chaque intensité étant multipliée par un poids prédéterminé, un biais prédéterminé pouvant en outre être ajouté à la dite somme. Dans ce mode de réalisation, le vecteur d'intensité pondérée est un vecteur à quatre composantes : (Pic,)1, 1 . Le module 1+e' 20 d'application 26 traite le vecteur (P )1 tanh(x). De cette manière, le second module d'application 32 détermine un vecteur image : - lin lq - tan sig (Plq) lin 2q tan sig (P2q) 20 lin 3q tan sig (P3q) lin 4q tan sig (P4q)_ Le vecteur image est ensuite traité par le quatrième module de calcul 34, calculant la composante quadratique (p q du flux magnétique créé par la machine électrique, selon la relation suivante : Imlq 15 çoq = w2q w3q w4q ]x IM2q + bc 3033640 10 Ainsi, les modules de calculs et d'application 30, 32 et 34 rendent possible le calcul de la composante quadratique du flux magnétique, en mettant en oeuvre des calculs analogues à ceux mis en oeuvre pour le calcul de la composante directe. Les poids (W,7) mK4;][4' 5 (Wiq )1 REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation du couple d'une machine électrique (4) d'un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride, dans lequel on détermine les intensités d'alimentation (Id, Ig, IF) de la machine électrique (4) exprimées dans un repère biphasé, on estime les composantes (çod, çoq) dans le repère biphasé du flux magnétique (q.) induit par la machine électrique (4), et on calcule une estimation (Cest) du couple fourni par la machine électrique (4), caractérisé en ce que, pour estimer les composantes (çod, çoq) du flux magnétique (ço), on applique au moins une fonction sigmoïde (logsig, tansig) à une intensité pondérée (l'id, P,q) calculée à partir des intensités (Id, Ici, IF) exprimées dans le repère biphasé. 2. Procédé d'estimation du couple selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recueille les intensités (Ii, 12, 13) d'alimentation des phases du stator et l'intensité (IF) d'alimentation du rotor, puis on détermine un vecteur d'intensité comprenant comme coordonnées une intensité directe (Id), une intensité quadratique (Ici) faisant partie toutes deux desdites intensités exprimées dans le repère biphasé, et l'intensité (IF) d'alimentation du rotor. 3. Procédé d'estimation du couple selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on calcule au moins une intensité pondérée (l'id, P,q) en faisant la somme des coordonnées (Id, Iq, IF) du vecteur d'intensité , chaque coordonnée (Id, Iq, IF) étant pondérée par un poids (Wu', Wil), un biais (bic' , big) étant en outre ajouté à ladite somme. 4. Procédé d'estimation du couple selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on calcule, pour chaque intensité pondérée (13,d, P,q), une image (Imid, Im,q) en appliquant une fonction sigmoïde (logsig, tansig) à ladite intensité pondérée (13,d, P,q). 5. Procédé d'estimation du couple selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on calcule les composantes (ço,,, çoq) du flux en 3033640 14 faisant la somme des images (Imid, Imig) délivrées par les fonctions sigmoïdes (logsig, tansig), chaque image (Imid, Imig) étant pondérée par un poids (Wid, Wiq), un biais (111, 11,) étant en outre ajouté à ladite somme. 5 6. Procédé d'estimation du couple selon l'une quelconque des revendications 3 à_5, caractérisée en ce que les poids (Wyd,Wil,Wid,Wig) et les biais (bid, big , bod , 11,) sont déterminés par une méthode de rétropropagation du gradient. 7. Procédé d'estimation du couple selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour le calcul de la composante directe (d) duflux magnétique dans un repère de Park, on calcule quatre intensités pondérées ((1d)14) ,d,.1 1 1à chacune des quatre intensités pondérées 1+e' (Pid )1 8. Procédé d'estimation du couple selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pour le calcul de la composante quadratique (çoq) du flux magnétique dans un repère de Park, on calcule quatre intensités pondérées ((q)1,) et on applique une fonction tansig :x1-> tanh(x) à chacune des quatre intensités 20 pondérées (q )1i4 )1 9. Estimateur de couple (14) pour module de commande (2) d'une machine électrique (4) d'un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride, comprenant des moyens (20) pour déterminer les intensités d'alimentation (Id, Ig, IF) de la machine électrique exprimées 25 dans un repère biphasé, un calculateur (22) apte à calculer les composantes (çod, çoq) dans ledit repère biphasé du flux magnétique induit par la machine électrique (4) et apte à estimer le couple (Cest) fourni par la machine électrique (4), caractérisé en ce que le calculateur (22) comprend au moins un module de calcul (24, 30) 30 d'une intensité pondérée ((P id )1 10. Estimateur de couple (14) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la machine électrique (4) est une machine 5 synchrone à rotor bobiné.