Brevet FR3078214A1 — publié le 20190823

I PROCÉDÉ D'ASSISTANCE AU CALAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention porte sur un procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique de véhicule automobile par une machine électrique tournante. De façon connue en soi, une machine électrique réversible peut être accouplée au moteur thermique, notamment via la façade accessoires. Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour fournir un couple au véhicule. Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique de fournir de l'énergie électrique à la batterie lors d'une phase de freinage. Le mode moteur peut notamment être utilisé dans une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique en fonction des conditions de circulation (fonction dite STT pour "stop and start" en anglais), une fonction d'assistance au calage du moteur thermique, une fonction dite "boost" en anglais permettant à la machine électrique d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase de roulage en mode thermique, et une fonction de roue libre, dite de "coasting" en anglais, permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. Lors de la mise en oeuvre de la fonction d'assistance au calage du moteur thermique, un mauvais pilotage de la consigne de couple peut entraîner divers problèmes. Ainsi, un prélèvement de couple trop faible engendre des vibrations du moteur thermique et donc du véhicule, tandis qu'un prélèvement de couple trop important est susceptible de détériorer les organes en façade accessoires du moteur thermique. 2 L'invention vise à améliorer le contrôle en couple lors d'une phase d'assistance au calage du moteur thermique via un contrôle en couple en boucle fermée, tout en limitant au maximum l'utilisation de cartographies longues à développer et encombrantes en termes d'espace mémoire. 5 Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique, par génération d'un couple résistif par une machine électrique tournante, ladite machine électrique tournante comportant: - un rotor bobiné destiné à être parcouru par un courant d'excitation, et 10 - un stator polyphasé comportant une pluralité de phases, caractérisé en ce que le procédé comporte: - une étape de réception d'un couple résistif de consigne, notamment issu d'un calculateur moteur, - une étape de mesure ou d'estimation d'un couple résistif appliqué 15 par la machine électrique tournante à un vilebrequin du moteur thermique, - une étape de comparaison du couple résistif de consigne avec le couple résistif appliqué pour déterminer un écart de couple, - une étape de correction de l'écart de couple pour obtenir un courant d'excitation de consigne, et 20 - une étape d'application au rotor bobiné d'un courant d'excitation correspondant au courant d'excitation de consigne alors que les phases du stator polyphasé sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique tournante génère le couple résistif. Selon une mise en oeuvre, le couple résistif est estimé à partir d'une vitesse 25 de rotation du rotor, d'un courant d'excitation mesuré, et d'une résistance interne du stator polyphasé. Selon une mise en oeuvre, la résistance interne est déterminée à partir d'une température du stator mesurée ou estimée. Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape de détermination d'un flux magnétique du rotor au carré, d'une inductance statorique en quadrature au carré, et d'un produit entre une inductance statorique directe et une inductance statorique en quadrature à partir du courant 3 d'excitation du rotor. Selon une mise en oeuvre, les données suivantes: le flux magnétique du rotor au carré, l'inductance statorique en quadrature au carré, et le produit entre l'inductance statorique directe et l'inductance statorique en quadrature 5 sont déterminés chacun au moyen d'une cartographie correspondante, notamment à une dimension. Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape de détermination d'une vitesse électrique à partir de la vitesse de rotation du rotor. 10 Selon une mise en oeuvre, le couple résistif est estimé à partir de la formule suivante: npp. rup Rs2 + (.02 . Lq2 Tem = x w.e(?). Rs x 2 (Rs2 + (.02 Ld. Lq)2 - Tem étant le couple résistif estimé, - w étant la vitesse électrique de la machine électrique tournante, - Rs étant la résistance interne du stator polyphasé, 15 - 00 étant le flux magnétique du rotor, - Lq étant l'inductance statorique en quadrature, - Ld étant l'inductance statorique directe, - npp étant le nombre de paires de pôles, et - mi) étant le nombre de phases de la machine électrique tournante. 20 Selon une mise en oeuvre, la vitesse de rotation du rotor est mesurée à l'aide de capteurs analogiques à effet Hall. L'invention a également pour objet un module de contrôle comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. 25 L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte un circuit en logique programmable ou un circuit intégré configuré pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'un courant continu généré par la machine électrique tournante tel que précédemment défini. 4 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle de l'alterno- 5 démarreur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention d'estimation du couple appliqué lors d'une phase d'assistance au calage d'un moteur thermique; La figure 2 est une représentation schématique de l'estimateur de couple appliqué par la machine électrique tournante lors d'une phase d'assistance 10 au calage d'un moteur thermique selon la présente invention; La figure 3 est une représentation schématique fonctionnelle des principaux modules de l'estimateur de couple selon la présente invention; La figure 4 est une représentation schématique fonctionnelle du module permettant d'élaborer la formule d'estimation du couple appliqué par la 15 machine électrique tournante; La figure 5 est une représentation schématique d'une commande en couple de la machine électrique tournante en boucle fermée lors d'une phase d'assistance au calage d'un moteur thermique selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même 20 référence d'une figure à l'autre. La figure 1 représente de façon schématique un alterno-démarreur 10 selon l'invention. L'alterno-démarreur 10 est destiné à être installé dans un véhicule comportant un réseau électrique de bord connecté à une batterie 12. Le réseau de bord pourra être de type 12V, 24V, ou 48V. L'alterno-démarreur 25 10 est accouplé à un moteur thermique 11 de façon connue en soi par un système à courroie 11' ou à chaîne implanté en façade accessoires. En outre, l'alterno-démarreur 10 est apte à communiquer avec un calculateur moteur 15 suivant un protocole de communication par exemple de type LIN ("Local Interconnect Network" en anglais ou "Réseau Internet Local" en 5 français) ou CAN ("Controller Area Network" en anglais qui est un bus de système série). L'alterno-démarreur 10 pourra fonctionner en mode alternateur appelé également mode générateur ou en mode moteur. 5 L'alterno-démarreur 10 comprend notamment une partie électrotechnique 13 et un module de contrôle 14. Plus précisément, la partie électrotechnique 13 comprend un élément induit 18 et un élément inducteur 19. Dans un exemple, l'induit 18 est le stator, et l'inducteur 19 est un rotor comportant une bobine d'excitation 20. Le stator 18 10 comprend un nombre de phases mi). Dans l'exemple considéré, le stator 18 comporte trois phases U, V et W. En variante, le nombre de phases mi) pourra être égal à 5 pour une machine pentaphasée, à 6 pour une machine de type hexaphasée ou double triphasée ou à 7 pour une machine heptaphasée. Les phases du stator 18 pourront être couplées en triangle ou 15 en étoile. Une combinaison de couplage triangle et étoile est également envisageable. Le module de contrôle 14 comprend un circuit d'excitation 141 intégrant un hacheur pour générer un courant d'excitation qui est injecté dans la bobine d'excitation 20. La mesure du courant d'excitation pourra être réalisée par 20 exemple à l'aide d'un capteur à effet Hall. Les mesures de la position angulaire et de la vitesse angulaire du rotor 19 pourront être réalisées au moyen de capteurs analogiques à effet Hall H1, H2, H3 et d'une cible magnétique 25 associée qui est solidaire en rotation du rotor 19. 25 Le module de contrôle 14 comprend en outre un circuit de contrôle 142 qui pilote un onduleur 26 en fonction d'un signal de commande issu du calculateur moteur 15 et reçu via un connecteur de signal 24. L'onduleur 26 présente des bras comportant chacun deux éléments de commutation permettant de relier sélectivement une phase U, V, W 30 correspondante du stator 18 à la masse ou à la tension d'alimentation B+ de la batterie 12 en fonction de leur état passant ou bloqué. Les éléments de 6 commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET. On décrit ci-après en référence avec les figures 2 et 3, le procédé selon l'invention d'estimation d'un couple résistif Tem appliqué par la machine 5 électrique tournante 10 à un vilebrequin du moteur thermique 11, lors d'une phase d'assistance au calage du moteur thermique 11. Le module de contrôle 14 pourra comporter une mémoire stockant des instructions logicielles pour sa mise en oeuvre. En variante, le module de contrôle 14 comporte un circuit en logique programmable, par exemple sous la forme 10 d'un FPGA (pour "Field-Programmable Gate Array" en anglais) ou CPLD (pour "Complex Programmable Logic Device" en anglais), ou un circuit intégré, par exemple un ASIC (pour "application-specific integrated circuit" en anglais) configuré pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Plus précisément, le module 14 estime le couple résistif Tem à partir de la 15 vitesse de rotation mesurée Wmel_mes, du courant d'excitation mesuré lexc_mes, et de la résistance interne du stator polyphasé 18. La vitesse de rotation Wmel_mes est mesurée à l'aide des capteurs à effet Hall précités H1, H2, H3. Le courant d'excitation lexc_mes est mesuré à l'aide du capteur à effet Hall correspondant. La résistance interne Rs est déterminée à partir 20 d'une température du stator 18 mesurée ou estimée. A cet effet, un flux magnétique du rotor au carré 002, une inductance statorique en quadrature au carré Lq2, ainsi qu'un produit entre l'inductance statorique directe Ld et l'inductance statorique en quadrature Lq sont déterminés à partir du courant d'excitation du rotor lexc_mes. 25 Ainsi, le courant d'excitation lexc_mes est appliqué en entrée d'une cartographie C1 à une dimension permettant d'obtenir en sortie le flux magnétique du rotor au carré (Pê. Le courant d'excitation lexc_mes est appliqué en entrée d'une cartographie C2 à une dimension permettant d'obtenir en sortie l'inductance statorique en quadrature au carré Lq2. Le 30 courant d'excitation lexc_mes est appliqué en entrée d'une cartographie C3 à une dimension permettant d'obtenir en sortie le produit Ld*Lq entre l'inductance statorique directe et l'inductance statorique en quadrature. 7 Le module M2 permet de déterminer une vitesse électrique à partir de la vitesse de rotation du rotor Wmel_mes. Le module M3 détaillé sur la figure 4 permet d'estimer le couple résistif Tem à partir des entrées précitées. 5 A cet effet, le bloc fonctionnel B1 permet d'obtenir l'expression suivante: w.(1)02.Rs Les blocs fonctionnels B2, B3, B4, B5 permettent d'obtenir l'expression suivante: Rs2+ w2.Lq2 Les blocs fonctionnels B6, B7, et B8 permettent d'obtenir l'expression 10 suivante: (Rs2+ w2.LdLq)2 Les modules B9 et B10 permettent ensuite de déduire le couple résistif Tem à partir de la formule suivante: npp. rup Rs2 + (.02 . Lq2 Tem = x w.e(?). Rs x 2 (Rs2 + (.02 Ld. Lq)2 - w étant la vitesse électrique de la machine électrique tournante, - Rs étant la résistance interne du stator polyphasé 18, 15 - 00 étant le flux magnétique du rotor 19, - Lq étant l'inductance statorique en quadrature, - Ld étant l'inductance statorique directe, - npp étant le nombre de paires de pôles, et - mi) étant le nombre de phases de la machine électrique tournante 10. 20 On décrit ci-après, en référence avec la figure 5, la boucle de régulation 30 permettant de contrôler le couple résistif Tem appliqué par la machine électrique 10 sur le vilebrequin du moteur thermique lors d'une phase d'assistance au calage du moteur thermique 11. A cet effet, le comparateur Comp compare un couple résistif de consigne 25 Tcons avec le couple résistif Tem appliqué par la machine électrique, pour déterminer un écart de couple E. 8 Le couple résistif de consigne Tcons reçu par la machine électrique tournante 10 est notamment issu du calculateur moteur 15. En variante, le couple de consigne Tcons pourrait être généré par la machine électrique 10. Dans l'exemple représenté, le couple résistif Tem appliqué par la machine 5 électrique tournante 10 sur le vilebrequin du moteur thermique est estimé au moyen du module M1 précédemment décrit. En variante, le couple résistif Tem pourra être mesuré à l'aide d'un couplemètre ou estimé par un autre type d'algorithme. Le module M4 assure la correction de l'écart de couple E pour obtenir un 10 courant d'excitation de consigne lexc_cons. La correction pourra par exemple être de type PI (pour Proportionnel et Intégral) ou PID (pour Proportionnel Intégral et Dérivé). Un courant d'excitation correspondant au courant d'excitation de consigne lexc_cons est ensuite appliqué au rotor bobiné 19 alors que les phases du 15 stator polyphasé 18 sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique génère le couple résistif Tem. A cet effet, le courant d'excitation de consigne lexc_cons est appliqué à un module de régulation comportant, de façon connue en soi, un comparateur pour comparer la valeur du courant d'excitation lexc_mes appliqué au rotor 20 19 avec le courant de consigne lexc_cons afin de déterminer un écart. Cet écart de courant est appliqué en entrée d'un correcteur, par exemple de type PI (pour Proportionnel et Intégral) ou PID (pour Proportionnel Intégral et Dérivé) afin d'en déduire un rapport cyclique transmis au circuit d'excitation 141 de la bobine du rotor 19. 25 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 30 autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Procédé d'assistance au calage d'un moteur thermique (11), par génération d'un couple résistif par une machine électrique tournante (10), ladite machine électrique tournante (10) comportant: - un rotor bobiné (19) destiné à être parcouru par un courant d'excitation (lexc_mes), et - un stator polyphasé (18) comportant une pluralité de phases (U, V, W), caractérisé en ce que le procédé comporte: - une étape de réception d'un couple résistif de consigne (Tcons), notamment issu d'un calculateur moteur (15), - une étape de mesure ou d'estimation d'un couple résistif (Tem) appliqué par la machine électrique tournante (10) à un vilebrequin du moteur thermique (11), - une étape de comparaison du couple résistif de consigne (Tcons) avec le couple résistif appliqué (Tem) pour déterminer un écart de couple (E), - une étape de correction de l'écart de couple (E) pour obtenir un courant d'excitation de consigne (lexc_cons), et - une étape d'application au rotor bobiné (19) d'un courant d'excitation correspondant au courant d'excitation de consigne (lexc_cons) alors que les phases (U, V, W) du stator polyphasé (18) sont mises en court-circuit, de sorte que la machine électrique tournante (10) génère le couple résistif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple résistif (Tem) est estimé à partir d'une vitesse de rotation du rotor (Wmel_mes), d'un courant d'excitation mesuré (lexc_mes), et d'une résistance interne (Rs) du stator polyphasé (18). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance interne (Rs) est déterminée à partir d'une température du stator 30 mesurée ou estimée. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'un flux magnétique du rotor (00) au 10 carré, d'une inductance statorique en quadrature au carré (Lq), et d'un produit entre une inductance statorique directe (Ld) et une inductance statorique en quadrature (Lq) à partir du courant d'excitation du rotor (lexc_mes). 5 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les données suivantes: le flux magnétique du rotor ((Po) au carré, l'inductance statorique en quadrature (Lq) au carré, et le produit entre l'inductance statorique directe (Ld) et l'inductance statorique en quadrature (Lq) sont déterminés chacun au moyen d'une cartographie (Cl, C2, C3) 10 correspondante, notamment à une dimension. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'une vitesse électrique (w) à partir de la vitesse de rotation du rotor (Wmel_mes). 15 7. Procédé selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le couple résistif (Tem) est estimé à partir de la formule suivante: npp. rup Rs2 + (.02 . Lq2 Tem = x w.e(?). Rs x 2 (Rs2 + (.02 Ld. Lq)2 - Tem étant le couple résistif estimé, - w étant la vitesse électrique de la machine électrique tournante (10), - Rs étant la résistance interne du stator polyphasé (18), 20 - (Po étant le flux magnétique du rotor (19), - Lq étant l'inductance statorique en quadrature, - Ld étant l'inductance statorique directe, - npp étant le nombre de paires de pôles, et - mi) étant le nombre de phases de la machine électrique tournante (10). 25 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du rotor (Wmel_mes) est mesurée à l'aide de capteurs analogiques à effet Hall (H1, H2, H3). 9. Module de contrôle comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 11 10. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte un circuit en logique programmable ou un circuit intégré configuré pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'un courant continu généré par la machine électrique tournante tel que 5 défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.