Brevet FR3135943A1 — publié le 20231201

L’invention concerne un procédé de pilotage d’une machine électrique dans un véhicule à chaîne d’entraînement électrique, le procédé comportant : - une étape de détermination par le premier calculateur d’un écart de gradient de couple (E200) entre un gradient de couple de consigne et un gradient de couple réalisé pour une même périodicité donnée ; - une étape de comparaison (E210) de l’écart de gradient de couple avec un seuil d’acceptabilité maximal admissible ; - une étape de reconfiguration (E220) de la machine électrique incluant une coupure de l’alimentation de la machine électrique ; - une étape de rétablissement de l’alimentation de la machine électrique, selon l’une de trois options (E230, E240, E250). L’invention concerne également un produit-programme d’ordinateur et un véhicule automobile adaptés à la mise en en œuvre du procédé. Figure 3 PROCEDE DE PILOTAGE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE, PRODUIT-PROGRAMME D’ORDINATEUR ET VEHICULE CORRESPONDANTS. La présente invention se rapporte de manière générale aux véhicules disposant d’une chaîne de traction électrique, c’est-à-dire entraînés par une machine électrique de traction. En particulier, l’invention a trait au domaine du pilotage de la machine électrique de traction, notamment lors d’une phase d’enfoncement de la pédale d’accélération ou de freinage par le conducteur. Un tel véhicule à chaîne de traction électrique est illustré de manière schématique en . Sur cette figure, le véhicule 5 comporte une chaîne de traction électrique 6. La chaîne de traction électrique 6 comporte une batterie 8 formant source d’énergie, un ensemble de calculateurs 9, une machine électrique 10, une transmission 11, des roues motrices 12 et un onduleur 13. L’ensemble formé par les calculateurs 9, la machine électrique 10, la transmission 11, les roues motrices 12 et un onduleur 13 est appelé le groupe motopropulseur 7. Les calculateurs 14, 15, 16, 17 et 18 de l’ensemble de calculateurs 9 incluent par exemple, non limitativement : _ l’eVCU 14 (ou Unité de Contrôle/Commande de Véhicule Electrique, de l’anglais « Electric Vehicle Control Unit »), qui est le superviseur général du groupe motopropulseur, c’est-à-dire le calculateur central. A ce titre, l’eVCU coordonne, pilote, commande, supervise les calculateurs du système de communication par bus eCAN (de l’anglais « Electrical Controller Area Network »). Les calculateurs du système de communication par bus eCAN sont par exemple le MCU 15 décrite ci-dessous, le BMS 16 (Système de Gestion de Batteries, de l’anglais « Battery Management System »), l’OBCDC 17 (On board Charger Direct Current), l’ePLU 18 (electrical Park Lock Unit), un calculateur d’ESP/ABS 19 (ESP : de l’anglais « Electronic Stability Program », soit Programme de Stabilité Electronique ; ABS : Anti-Blocage de Sécurité) ; _ le MCU 15 (ou Unité de Commande de Machine, de l’anglais « Machine Control Unit »), qui est le calculateur de la machine électrique 10 et, à ce titre, gère le fonctionnement de la machine électrique 10. La machine électrique 10 est par exemple une machine électrique de type connu tel que la machine synchrone à aimant permanent 10 illustrée en . Celle-ci présente un stator 21 et un rotor 22. Le stator 21 est ici pourvu de 3 bobines 21a, 21b et 21c formant 3 pôles de la machine électrique 10. Le rotor 22 comporte un axe 23, mobile en rotation, et un aimant permanent 24, monté sur l’axe 23. L’aimant permanent 24 est ici pourvu d’un pôle négatif 25 et d’un pôle positif 26. La machine électrique synchrone à aimant permanent 10, dans son mode moteur, fonctionne avec des impulsions. Ces impulsions sont obtenues par les bobines 21a, 21b et 21c disposées sur le pourtour du stator 21. Ces bobines 21a, 21b et 21c sont aussi appelées les pôles de la machine électrique. Lorsqu’on fait passer du courant i a , i b et i c (représentés ici dans un sens purement illustratif) dans les bobines 21a, 21b et 21c, un champ magnétique est généré par celles-ci et les bobines 21a, 21b et 21c se comportent alors comme des aimants dont la disposition des pôles dépend du sens du courant. Une machine électrique telle que la machine électrique 10, lorsqu’elle est mise en œuvre dans un véhicule tel que le véhicule 5, peut fonctionner comme moteur, auquel cas la machine électrique fournit un couple d’entraînement aux roues motrices 12 par conversion par l’onduleur 13 de l’énergie électrique stockée dans la batterie 8, ou comme générateur, auquel cas la machine électrique freine la chaîne de traction 6 afin de transformer une partie du couple mécanique en énergie électrique et ainsi recharger la batterie 8 par l’intermédiaire de l’onduleur 13. Un capteur de régime bidirectionnel (non représenté) est alors disposé en sortie machine électrique 10. C’est grâce à ce capteur de régime bidirectionnel, que le MCU 15 et/ou l’eVCU 14 déterminent le couple en sortie de machine électrique. La machine électrique 10 reçoit une puissance électrique Pelec à ses bornes d’entrée du circuit haute tension du véhicule 5 : Pelec = U x I ; avec Pelec qui est la puissance électrique en entrée de la machine électrique 10, U, la tension aux bornes de la machine électrique 10 en sortie du circuit haute tension, et, I, le courant aux bornes de la machine électrique 10 en sortie du circuit haute tension. La machine électrique 10 fournit une puissance mécanique Pméca à la chaine de traction 6 du véhicule 5 : Pméca = C x W ; avec Pméca qui est la puissance mécanique en sortie de la machine électrique 10, C, le couple en sortie de la machine électrique 10, et, W, le régime de rotation du rotor 22 de la machine électrique 10. En outre, Pméca = Pélec x µ ; avec µ qui est le coefficient de rendement de la machine électrique 10, tel que mesuré sur banc pour chaque pas de régime, de couple, pour chaque pas de tension, pour chaque pas de courant d’alimentation de la machine électrique 10 (ou en variante pour chaque pas de courant d’alimentation des pôles 21a, 21b, 21c du stator 21 de la machine électrique 10) et pour chaque pas de température de stator 21. La cartographie des valeurs de µ est apprise au banc composant machine électrique et stocké dans la mémoire du MCU. Puisque Pméca = Pélec x µ, il en résulte que C x W = U x I x µ, donc que C = U x I x µ / W Donc le MCU 15 mesure ou reçoit l’information de la tension aux bornes de la machine électrique 10 ; le MCU 15 mesure ou reçoit l’information du courant prélevé par la machine électrique 10 ; le MCU 15 mesure ou reçoit l’information du régime de rotation du rotor de la machine électrique 10. Le MCU 15 déduit le coefficient de rendement µ grâce à la vitesse de rotation rotor 22 de la machine électrique 10, de la température du stator 21, du courant prélevé par la machine électrique 10 et de la tension aux bornes de la machine électrique 10. Et ainsi, le MCU 15 calcule le couple que la machine électrique 10 fournit à la chaine de traction par la formule C = U x I x µ / W. Aujourd’hui, dans les phases d’accélération, l’eVCU 14 reçoit un signal de consigne provenant de l’enfoncement de la pédale d’accélérateur, et l’eVCU 14 envoie à son tour une consigne de couple moteur à la machine électrique 10 (pour une accélération). En phase de freinage, lorsque conducteur appuie sur la pédale de frein, le calculateur de l’ESP/ABS 19 reçoit une information de mesure de la pression hydraulique lié au niveau d’enfoncement de la pédale de frein (non représentée). L’ESP/ABS détermine alors la part de couple de freinage à réaliser par les disques de frein (non représentés) (par freinage dissipatif) et la part de couple de freinage à réaliser par la machine électrique 10 (par freinage régénératif). L’ESP/ABS envoie ainsi le niveau de couple de freinage régénératif à générer dans la machine électrique 10 au superviseur du groupe motopropulseur 7 (l’eVCU 14). L’eVCU 14 vérifie alors la faisabilité de cette consigne de couple de freinage régénératif, et, si elle est réalisable, l’eVCU 14 envoie alors cette consigne de couple de freinage régénératif à la machine électrique 10. Dans certains cas, la machine électrique 10 peut tarder à réagir. Quand elle réagit alors, le conducteur a pu continuer à appuyer sur l’une ou l’autre des pédales. Ainsi, quand la machine électrique 10 réagit avec retard, elle doit compenser un fort écart de couple. La machine électrique 10 peut ainsi se mettre à accélérer plus rapidement que le gradient d’enfoncement de la pédale d’accélérateur, ou à freiner plus fortement que la consigne de couple de freinage régénératif, c’est-à-dire à réagir avec une magnitude plus importante que le souhait réel d’accélération ou de freinage émis par le conducteur. Le véhicule peut alors faire face à des à-coups d’accélération ou de freinage. Les occupants peuvent alors ressentir les saccades du véhicule et le confort peut s’en trouver affecté. Un objectif de l’invention est donc de proposer un procédé de pilotage d’une machine électrique formant moteur d’entraînement, dans un véhicule à chaîne d’entraînement électrique, respectant de manière plus fiable la consigne d’accélération ou de freinage du conducteur, notamment moins sujette à d’éventuels à-coups que dans les technologies existantes. L’invention vise par ailleurs à proposer un produit-programme d’ordinateur apte à mettre en œuvre le procédé de pilotage précité et un véhicule à chaîne d’entraînement électrique dans lequel ce procédé de pilotage est implémenté. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un procédé de pilotage d’une machine électrique formant moteur d’entraînement et générateur électrique, dans un véhicule à chaîne d’entraînement électrique, le véhicule comportant : - une batterie formant source d’électricité ; - un groupe motopropulseur comportant la machine électrique, au moins une roue motrice, au moins un ensemble de calculateurs, et, un onduleur disposé entre la batterie et la machine électrique, la machine électrique étant alimentée en courant depuis la batterie par l’intermédiaire de l’onduleur, et configurée pour convertir l’électricité reçue de la batterie via l’onduleur en énergie mécanique dans un mode moteur, et pour convertir l’énergie mécanique reçue en électricité dans un mode générateur, la machine électrique comportant en outre un stator, présentant une pluralité de pôles, et un rotor ; l’au moins une roue motrice étant configurée pour être entraînée en rotation par l’énergie mécanique produite par la machine électrique ; l’ensemble de calculateurs comportant : - un premier calculateur, dit unité de commande de machine, et formant organe de pilotage de la machine électrique ; - un calculateur central, dit unité de commande de véhicule électrique, et formant superviseur général du groupe motopropulseur, y compris le premier calculateur ; le procédé de pilotage de la machine électrique comportant : - une étape d’envoi d’une consigne de couple au premier calculateur par le calculateur central ; - une étape de transmission d’une consigne de courant à l’onduleur par le premier calculateur ; - une étape de mesure, ou de réception de la mesure, par le premier calculateur : -- de la tension aux bornes de la machine électrique ; -- du courant prélevé par la machine électrique ; -- de la température du stator de la machine électrique ; et -- du régime de rotation du rotor de la machine électrique ; - une étape de détermination d’un coefficient de rendement de la machine électrique à l’aide de la tension aux bornes de la machine électrique, du courant prélevé par la machine électrique et du régime de rotation du rotor de la machine électrique ; - une étape de calcul du couple réalisé que la machine électrique produit à destination de la roue motrice ; - une étape de calcul du gradient de couple de consigne selon une périodicité donnée par le premier calculateur ; - une étape de calcul du gradient de couple réalisé selon la périodicité donnée par le premier calculateur ; - une étape de détermination d’un écart de gradient de couple entre le gradient de couple de consigne et le gradient de couple réalisé pour chaque périodicité donnée par le premier calculateur ; - une étape de comparaison de l’écart de gradient de couple avec un seuil d’acceptabilité maximal correspondant à un écart de gradient de couple maximal admissible, par le premier calculateur ; - une étape de reconfiguration de la machine électrique, par le premier calculateur, déclenchée lorsque l’écart de gradient de couple dépasse le seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure à une durée d’analyse prédéterminée, l’étape de reconfiguration incluant une coupure de l’alimentation de la machine électrique ; - une étape de rétablissement de l’alimentation de la machine électrique. Le procédé selon l’invention permet ainsi avantageusement de prendre en compte une exigence de respect du gradient de couple d’entraînement ou de freinage effectif vis-à-vis de la consigne de couple d’entraînement ou de freinage reçue par la machine électrique et venant de l’eVCU. Prendre en compte le gradient de couple permet ainsi d’améliorer la dosabilité de la pédale d’accélérateur et de la pédale de freinage vis-à-vis de la consigne de couple reçue par la machine électrique en provenance de l’eVCU. Ainsi, la machine électrique ne se contente pas de suivre la seule consigne de couple avec le risque de temps de réaction aléatoires. L’introduction d’une exigence de respect d’un gradient de couple à respecter permet de se conformer de manière plus fiable à la volonté d’accélération ou de freinage du conducteur. L’invention limite ainsi les saccades dans l’accélération et le freinage, et l’inconfort des occupants du véhicule qui peut en découler. Avantageusement, l’étape de reconfiguration de la machine électrique peut être déclenchée lorsque : - dans un mode moteur de la machine électrique, le premier calculateur détermine que l’écart de gradient de couple dépasse un premier seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une première durée d’analyse ; ou, - dans un mode générateur de la machine électrique, le premier calculateur détermine que l’écart de gradient de couple dépasse un deuxième seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une deuxième durée d’analyse ; le premier seuil d’acceptabilité et le deuxième seuil d’acceptabilité étant de préférence différents l’un de l’autre. Avantageusement, le premier seuil d’acceptabilité et le deuxième seuil d’acceptabilité peuvent être calibrables indépendamment l’un de l’autre. Avantageusement : - le premier seuil d’acceptabilité peut être compris entre 5 et 50 Nm/s, de préférence entre 10 et 35 Nm/s, de préférence encore vaut 25 Nm/s ; et/ou, - le deuxième seuil d’acceptabilité peut être compris entre 3 et 30 Nm/s, de préférence entre 5 et 20 Nm/s, de préférence encore vaut 10 Nm/s. Avantageusement : - ladite périodicité peut être choisie entre 10 et 200 ms, de préférence entre 25 et 100 ms, de préférence encore entre 40 et 75 ms ; et/ou - la première durée d’analyse et/ou la deuxième durée d’analyse peut/peuvent être comprise(s) entre 50 et 1000 millisecondes, de préférence entre 100 et 500 millisecondes, de préférence encore peut/peuvent être égale(s) l’une et/ou l’autre à 200 millisecondes. Avantageusement, l’étape de reconfiguration de la machine électrique peut inclure une coupure de l’alimentation HV de la machine électrique. Avantageusement, selon une première option, l’étape de rétablissement peut interdire tout rétablissement de l’alimentation HV de la machine électrique par redémarrage du véhicule et tout rétablissement de l’alimentation HV de la machine électrique par le véhicule lui-même. Avantageusement, selon une deuxième option, l’étape de rétablissement peut autoriser un rétablissement de l’alimentation de la machine électrique par redémarrage du véhicule. Avantageusement, selon une troisième option, l’étape de rétablissement peut interdire tout rétablissement de l’alimentation HV de la machine électrique par redémarrage du véhicule et par le véhicule lui-même lorsque le premier calculateur a déterminé que l’écart de gradient de couple a dépassé un premier seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une première durée d’analyse dans un mode moteur de la machine électrique, et, l’étape de rétablissement peut autoriser un rétablissement de l’alimentation de la machine électrique par redémarrage du véhicule lorsque le premier calculateur a déterminé que l’écart de gradient de couple a dépassé un deuxième seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une deuxième durée d’analyse dans un mode générateur de la machine électrique. L’invention porte en outre sur un produit-programme d’ordinateur apte à mettre en œuvre le procédé de pilotage d’une machine électrique formant moteur d’entraînement. L’invention porte encore sur un véhicule à chaîne d’entraînement électrique, configuré pour pouvoir mettre en œuvre le procédé de pilotage précité et/ou dans lequel le produit-programme d’ordinateur précité est installé. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : - illustre de manière schématique un véhicule comportant une chaîne de traction électrique ayant une batterie et un groupe motopropulseur comportant un ensemble de calculateurs, une machine électrique, une transmission, une roue motrice et un onduleur ; - illustre une machine électrique synchrone à aimant permanent et à trois phases, à titre d’exemple de machine électrique de traction de la présente invention ; - illustre un ordinogramme détaillant des exemples d’étapes d’un processus de pilotage de la machine électrique. Procédé de pilotage d’une machine électrique formant moteur d’entraînement et générateur électrique, dans un véhicule à chaîne d’entraînement électrique (6), le véhicule (5) comportant : - une batterie (8) formant source d’électricité ; - un groupe motopropulseur (7) comportant la machine électrique (10), au moins une roue motrice (12), au moins un ensemble de calculateurs (9), et, un onduleur (13) disposé entre la batterie (8) et la machine électrique (10), la machine électrique (10) étant alimentée en courant depuis la batterie (8) par l’intermédiaire de l’onduleur (13), et configurée pour convertir l’électricité reçue de la batterie (8) via l’onduleur (13) en énergie mécanique dans un mode moteur de la machine électrique (10), et pour convertir l’énergie mécanique reçue en électricité dans un mode générateur de la machine électrique (10), la machine électrique comportant en outre un stator (21), présentant une pluralité de pôles (21a, 21b, 21c), et un rotor (22) ; l’au moins une roue motrice (12) étant configurée pour être entraînée en rotation par l’énergie mécanique produite par la machine électrique (10) ; l’ensemble de calculateurs (9) comportant : - un premier calculateur (15), dit unité de commande de machine, et formant organe de pilotage de la machine électrique (10) ; - un calculateur central (14), dit unité de commande de véhicule électrique, et formant superviseur général du groupe motopropulseur (7), y compris le premier calculateur (15) ; le procédé de pilotage de la machine électrique (10) comportant : - une étape d’envoi (E130) d’une consigne de couple au premier calculateur (15) par le calculateur central (14) ; - une étape de transmission (E140) d’une consigne de courant à l’onduleur (13) par le premier calculateur (15) ; - une étape de mesure, ou de réception de la mesure, (E150) par le premier calculateur (15) : -- de la tension aux bornes de la machine électrique (10) ; -- du courant prélevé par la machine électrique (10) ; -- de la température du stator de la machine électrique (10) ; et -- du régime de rotation du rotor de la machine électrique (10) ; - une étape de détermination d’un coefficient de rendement (E160) de la machine électrique (10) à l’aide de la tension aux bornes de la machine électrique (10), du courant prélevé par la machine électrique (10) et du régime de rotation du rotor de la machine électrique (10) ; - une étape de calcul du couple réalisé (E170) que la machine électrique produit à destination de la roue motrice (12) ; - une étape de calcul du gradient de couple de consigne (E180) selon une périodicité donnée par le premier calculateur (15) ; - une étape de calcul du gradient de couple réalisé (E190) selon la périodicité donnée par le premier calculateur (15) ; - une étape de détermination d’un écart de gradient de couple (E200) entre le gradient de couple de consigne et le gradient de couple réalisé pour chaque périodicité donnée par le premier calculateur (15) ; - une étape de comparaison (E210) de l’écart de gradient de couple avec un seuil d’acceptabilité maximal correspondant à un écart de gradient de couple maximal admissible, par le premier calculateur (15) ; - une étape de reconfiguration (E220) de la machine électrique (10), par le premier calculateur (15), déclenchée lorsque l’écart de gradient de couple dépasse le seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure à une durée d’analyse prédéterminée, l’étape de reconfiguration incluant une coupure de l’alimentation de la machine électrique (10) ; - une étape de rétablissement (E230 ; E240 ; E250) de l’alimentation de la machine électrique (10). Procédé de pilotage de machine électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de reconfiguration (E220) de la machine électrique (10) est déclenchée lorsque : _ dans un mode moteur de la machine électrique (10), le premier calculateur (15) détermine que l’écart de gradient de couple dépasse un premier seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une première durée d’analyse ; ou, _ dans un mode générateur de la machine électrique (10), le premier calculateur (15) détermine que l’écart de gradient de couple dépasse un deuxième seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une deuxième durée d’analyse ; le premier seuil d’acceptabilité et le deuxième seuil d’acceptabilité étant de préférence différents l’un de l’autre. Procédé de pilotage de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier seuil d’acceptabilité et le deuxième seuil d’acceptabilité sont calibrables indépendamment l’un de l’autre. Procédé de pilotage de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que : - le premier seuil d’acceptabilité est compris entre 5 et 50 Nm/s, de préférence entre 10 et 35 Nm/s, de préférence encore vaut 25 Nm/s ; et/ou, - le deuxième seuil d’acceptabilité est compris entre 3 et 30 Nm/s, de préférence entre 5 et 20 Nm/s, de préférence encore vaut 10 Nm/s. Procédé de pilotage de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que : - ladite périodicité est choisie entre 10 et 200 ms, de préférence entre 25 et 100 ms, de préférence encore entre 40 et 75 ms ; et/ou - la première durée d’analyse et/ou la deuxième durée d’analyse est/sont comprise(s) entre 50 et 1000 millisecondes, de préférence entre 100 et 500 millisecondes, de préférence encore est/sont égale(s) l’une et/ou l’autre à 200 millisecondes. Procédé de pilotage de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de rétablissement interdit tout rétablissement de l’alimentation de la machine électrique (10) par redémarrage du véhicule (5) et tout rétablissement de l’alimentation de la machine électrique (10) par le véhicule (5) lui-même (E230). Procédé de pilotage de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de rétablissement (E240) autorise un rétablissement de l’alimentation de la machine électrique (10) par redémarrage du véhicule (5). Procédé de pilotage de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de rétablissement interdit tout rétablissement de l’alimentation de la machine électrique (10) par redémarrage du véhicule (5) et par le véhicule (5) lui-même lorsque le premier calculateur (15) a déterminé que l’écart de gradient de couple a dépassé un premier seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une première durée d’analyse dans un mode moteur de la machine électrique (10), et, l’étape de rétablissement (250) autorise un rétablissement de l’alimentation de la machine électrique (10) par redémarrage du véhicule (5) lorsque le premier calculateur (15) a déterminé que l’écart de gradient de couple a dépassé un deuxième seuil d’acceptabilité pendant une durée supérieure ou égale à une deuxième durée d’analyse dans un mode générateur de la machine électrique (10). Produit-programme d’ordinateur apte à mettre en œuvre le procédé de pilotage d’une machine électrique formant moteur d’entraînement vers un mode de fonctionnement en roue libre selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Véhicule à chaîne d’entraînement électrique, caractérisé en ce qu’il est configuré pour pouvoir mettre en œuvre le procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et/ou dans lequel le produit-programme d’ordinateur de la revendication 9 est installé.