Brevet FR3158558A1 — publié le 20250725

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction (B) ; - au moins un onduleur connecté à la batterie de traction (B) ; - au moins une machine électrique (M) ; - des moyen de mesure (C1, C2) de la tension dudit onduleur et de la batterie de traction (B) ; - un moyen de reconfiguration de ladite machine électrique (M), - au moins un calculateur (Ct, Sp), caractérisé en ce que ledit calculateur (Ct, Sp) détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre les tensions mesurées par les moyens de mesure (C1, C2) au-dessus d’un seuil de tolérance ; et en ce que ledit calculateur (Ct, Sp) déclenche une reconfiguration en cas de défaut électrique. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel véhicule. Figure 1 VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN MOYEN DE DETECTION DE DEFAUT ELECTRIQUE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L'invention se rapporte au domaine de la surveillance de machines électriques de véhicules automobiles, et plus particulièrement sur la surveillance d’une mesure de tension en entrée d’un onduleur d’une machine électrique arrière sur un véhicule électrique à transmission intégrale (ou véhicule AWD pour « all wheel drive » en langue anglaise). Jusqu’à présent, chez les constructeurs automobiles, il n’est pas proposé de transmission intégrale sur les véhicules 100% électriques. Sur les véhicules électriques à traction avant (véhicule FWD pour « front wheel drive » en langue anglaise), il n’y a pas de procédure de vérification de la mesure de tension en entrée de l’onduleur de la machine électrique. Il est proposé une mesure de tension que l’on vérifie uniquement vis-à vis d’un critère de surtension pour la protection des composants électriques de l’onduleur de la machine électrique. Or sur les véhicules AWD, le pack batterie mesure toujours sa tension, mais cette mesure ne garantit pas que la tension aux bornes des machines électriques est la même. En effet, le circuit à haute tension peut rencontrer différents problèmes, et surtout, les capteurs de tension des onduleurs peuvent être défaillants ou perdre en précision. Par ailleurs, le calculateur de la machine électrique se sert de cette information de tension pour définir le couple en sortie du rotor. En effet, la formule utilisée par les calculateurs de machine électrique pour calculer le couple de la machine, est la suivante : avec C : le couple de la machine électrique ; U : la tension en entrée de l’onduleur ; I : le courant de l’onduleur ; µ : le rendement de l’onduleur ; et W : le régime de rotation du rotor. Ainsi, tout écart de mesures de tension fausse l’estimation du couple en sortie du rotor. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution pour limiter les écarts de mesure de la tension en entrée de l’onduleur de la machine électrique, ainsi que pour améliorer la précision de l’estimation du couple de la machine électrique. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction ; - au moins un onduleur connecté à la batterie de traction ; - au moins une machine électrique connectée audit onduleur ; - au moins un premier moyen de mesure mesurant la tension dudit onduleur ; - un deuxième moyen de mesure mesurant la tension de la batterie de traction ; - un moyen de reconfiguration permettant de reconfigurer ladite machine électrique, - au moins un calculateur connecté aux moyens de mesure et au moyen de reconfiguration, caractérisé en ce que ledit calculateur détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée par ledit premier moyen de mesure et la tension mesurée par le deuxième moyen de mesure, au-dessus d’un seuil de tolérance ; et en ce que ledit calculateur déclenche une reconfiguration via le moyen de reconfiguration en cas de défaut électrique. Avantageusement, l’invention permet de développer une stratégie qui mesure la tension en entrée de l’onduleur et vérifier cette mesure de tension avec la mesure de tension réalisée par le calculateur de la batterie de traction dans le pack batterie. Si un écart de tension supérieur à un critère est détecté, le calculateur MCU déclenche un mode de reconfiguration pour garantir l’intégrité du véhicule, des machines, de la batterie et des utilisateurs du véhicule. Par ailleurs, cela permet de détecter un problème potentiel sur le capteur de tension de la machine électrique concernée ou sur le réseau électrique à haute tension du véhicule. Ainsi, cela permet d’éviter une électrocution ou un court-circuit qui pourrait mettre le feu au véhicule ou une mauvaise estimation du couple machine électrique, qui engendrerait un problème sécuritaire pour le véhicule et les utilisateurs du véhicule. De préférence, ledit premier moyen de mesure mesure la tension pendant des intervalles de 10 à 200 millisecondes, et préférence de 50 à 150 millisecondes, et/ ou le deuxième moyen de mesure mesure la tension pendant des intervalles de 10 à 200 millisecondes, et préférence de 50 à 150 millisecondes. Cela permet d’avoir un diagnostic fréquent du défaut électrique recherché. De préférence, le moyen de reconfiguration déclenche une alerte ou un affichage d’un code défaut. Cela permet d’informer un utilisateur ou un service de maintenance de la survenue du défaut électrique. De préférence, la batterie comprend des contacteurs, et le moyen de reconfiguration déclenche une ouverture des contacteurs. Cela permet de sécuriser le véhicule et les utilisateurs en déconnectant la source d’énergie du circuit à haute tension. De préférence, le véhicule automobile comprend : - deux machines électriques sur deux trains du véhicule ; - deux onduleurs connectés, chacun, à la batterie de traction et à une machine électrique respective ; - deux premiers moyens de mesure mesurant la tension d’un onduleur respectif ; - le moyen de reconfiguration permettant de reconfigurer l’une et/ou l’autre machine électrique, caractérisé en ce que ledit calculateur détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée par l’un et/ou l’autre premier moyen de mesure et la tension mesurée par le deuxième moyen de mesure, au-dessus d’un seuil de tolérance. Cela permet d’adapter l’invention aux véhicules électriques à transmission intégrale. De préférence, si le calculateur détecte un défaut électrique sur une seule des deux machines électriques, alors le moyen de reconfiguration interrompt l’utilisation de la machine électrique en cause, et privilégie l’utilisation de l’autre machine électrique ; et si le calculateur détecte un défaut électrique sur les deux machines électriques, alors le moyen de reconfiguration interrompt l’utilisation des deux machines électriques. Cela permet de sécuriser le véhicule et les utilisateurs, en n’utilisant pas une machine ayant présenté un défaut électrique. L’invention porte en outre sur un procédé de contrôle d’un véhicule automobile selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - au moins une étape de mesure d’onduleur dans laquelle on mesure la tension dudit onduleur ; - une étape de mesure de batterie dans laquelle on mesure la tension de la batterie de traction ; - une étape de reconfiguration dans laquelle on reconfigure ladite machine électrique, - une étape de contrôle dans laquelle on détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée à l’étape de mesure d’onduleur et la tension mesurée à l’étape de mesure de batterie, au-dessus d’un seuil de tolérance ; et on déclenche l’étape de reconfiguration en cas de défaut électrique. De préférence, l’étape de contrôle est réalisée sur deux machines électriques pour détecter un défaut électrique sur l’une et/ou l’autre machine électrique. De préférence, si à l’étape de contrôle, on détecte un défaut électrique sur une seule des deux machines électriques, alors à l’étape de reconfiguration on interrompt l’utilisation de la machine électrique en cause, et on privilégie l’utilisation de l’autre machine électrique ; et si on détecte un défaut électrique sur les deux machines électriques, alors à l’étape de reconfiguration on interrompt l’utilisation des deux machines électriques. Un autre objet de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base de la FIG. 1 annexée qui illustre schématiquement un système et un procédé de contrôle d’un véhicule automobile selon une variante préférée de l’invention. L’invention propose une stratégie qui compare l’information basée sur la mesure de tension en entrée des onduleurs des machines électriques M (arrière et avant) et la mesure de tension réalisée par la batterie de traction B. Si l’écart entre les mesures dépasse un seuil calibrable d’une tolérance de tension, cela signifie qu’un problème électrique est détecté sur la machine électrique. Ainsi, une reconfiguration de la machine électrique M est engagée. Dans la variante préférée, les différents calculateurs qui interviennent sur ce sujet sont les suivants : - le calculateur de la machine électrique M avant, appelé MCUF ; il gère le pilotage de la machine électrique M du train avant ; - le calculateur de la machine électrique M arrière, appelé MCUR ; il gère le pilotage de la machine électrique M du train arrière ; - le calculateur de la batterie de traction B (à haute tension), appelé le BMS ; il gère le pilotage de la batterie de traction B ; - le superviseur du groupe motopropulseur, appelé eVCU ; il coordonne, pilote, commande, supervise les calculateurs du véhicule (calculateurs eCAN : OBCDC, MCU et le BMS). Le moteur électrique synchrone à aimant permanent fonctionne avec des impulsions. Ces impulsions sont obtenues par les bobines placées de part et d'autre d’un stator. Quand on fait passer du courant dans les bobines, ces dernières se transforment en aimant dont le sens des pôles dépend du sens du courant. Chaque phase peut donc avoir le pôle positif ou négatif vers le bas, selon qu'on veuille pousser ou attirer le rotor (selon sa position on activera le pôle correspondant). L’entraînement se fait par une succession de commutations des bobines en courant alternatif (avec fluctuation des polarités) afin de donner des pulsations au rotor qui est sensible à la force magnétique. Le contrôler de la tension en entrée de l’onduleur est important car cette mesure sert au calcul du couple fourni par la machine électrique M. Ainsi, tout écart de mesure sur cette tension en entrée onduleur de machine électrique M entraîne une erreur d’estimation du couple sur la machine électrique M. Cela est très critique d’un point de vue sécuritaire car si une erreur de mesure entraîne une erreur entre une consigne de couple envoyée par le calculateur eVCU (déterminé en fonction d’une volonté conducteur) et le couple réalisé par la machine électrique M, cela peut engendrer un risque d’accident ou un risque d’incendie machine électrique M (lors des phases de freinage régénératives). En effet, le couple est estimé par la formule : Avec C : le couple de la machine électrique M ; U : la tension en entrée de l’onduleur ; I : le courant de l’onduleur ; µ : le rendement de l’onduleur ; et W : le régime de rotation du rotor. La machine électrique M reçoit une puissance électrique à ses bornes d’entrée du circuit à haute tension du véhicule : avec : la puissance électrique en entrée machine électrique M ; : la tension aux bornes de la machine électrique M en sortie du circuit à haute tension aussi bien machine avant que machine arrière ; : le courant aux bornes de la machine électrique M en sortie du circuit à haute tension. Par ailleurs, la machine électrique M fournit une puissance mécanique à la chaine de traction du véhicule : avec : la puissance mécanique en sortie de la machine électrique M ; : le couple en sortie de la machine électrique M : : le régime de rotation du rotor de la machine électrique M. Avec µ, le coefficient de rendement de la machine électrique M qui est mesuré en particulier sur banc pour chaque pas de régime, de couple, pour chaque pas de tension, pour chaque pas de courant d’alimentation et pour chaque pas de température de stator. La cartographie des valeurs de µ peut être apprise au banc des composants de la machine électrique M, et stockée dans la mémoire du MCU. Ainsi, le couple dépend de la tension, d’où l’importance d’avoir une information de la valeur de U la plus précise possible. L’invention comprend une première étape de mesure de tension en entrée de l’onduleur de la machine électrique M. En particulier, à cet endroit se trouve un capteur de tension C1 qui mesure la tension aux bornes de l’onduleur (que l’on nommera ici U mcur pour la machine électrique arrière et U mcuf pour la machine électrique avant). Ce capteur de tension envoie son information au calculateur Ct respectif (MCUR pour l’arrière et MCUF pour l’avant). C’est cette information que l’on doit vérifier via cette nouvelle fonctionnalité pour l’intégrité du véhicule et la sécurité des utilisateurs. Cette information est mesurée et communiquée au MCUR (idem pour le MCUF) sur un intervalle de temps très court de l’ordre 50 à 150 millisecondes (en fonction de la technologie du capteur de tension). Le calculateur Ct (aussi bien le MCUR que le MCUF) communique cette information de la tension aux bornes de leur onduleur respectif au superviseur Sp (eVCU), sur un intervalle de temps très court de l’ordre 50 à 150 millisecondes. La deuxième étape est la mesure de tension à la sortie de la batterie de traction B. En particulier, à cet endroit il y a un capteur de tension C2 qui mesure la tension aux bornes de la batterie de traction B (que l’on nommera ici U batt ). Ce capteur de tension C2 envoie son information à un calculateur de batterie B (ici appelé le BMS). De préférence, cette information est vérifiée et validée, par une addition de toutes les tensions mesurées à chaque cellule de chaque module pour confirmer que la mesure de tension aux sorties du pack batterie est une information valide. Cette information est mesurée et communiqué au calculateur de batterie (BMS) sur un intervalle de temps très court de l’ordre 50 à 150 millisecondes (en fonction de la technologie du capteur de tension). Le calculateur de batterie communique cette information de la tension aux bornes du circuit HV au superviseur Sp (eVCU) sur un intervalle de temps très court de l’ordre 50 à 150 millisecondes. La troisième étape est l’évaluation de la pertinence de la mesure de tension en entrée onduleur. A l’étape 1, le superviseur Sp (eVCU) obtient la valeur de tension des onduleurs des machines électriques M : Umcur et Umcuf ; à l’étape 2, le superviseur Sp (eVCU) obtient la valeur de tension aux bornes de la batterie de traction à haute tension : Ubatt. Il ne reste plus qu’à faire le comparatif des tensions mesurées par la ou les machines électriques M par rapport à la tension mesurée par la batterie de traction B que l’on exprime en pourcentage, car le critère choisit par le demandeur est le pourcentage. De préférence, l’écart est calculé en valeur absolue pour la machine arrière, et pour la machine avant. Cet écart est transformé en pourcentage par rapport à la tension de batterie. Ces valeurs sont ensuite comparées à un critère d’acceptabilité de la mesure de tension en entrée onduleur que l’on nommera SaccUmel. Tant que les écarts en pourcentages sont inférieurs à la mesure acceptable, la situation est conforme à l’attendu. Par contre si l’une des valeurs (ou les 2 valeurs) devient supérieur à la mesure acceptable, pendant une durée supérieure ou égale à un seuil de durée D1, la mesure de tension en entrée onduleur de la machine électrique M correspondant est jugée non fiable avec un risque sécuritaire pour la machine électrique M. En conséquence, le superviseur Sp (eVCU) engage une procédure de reconfiguration détaillée ci-dessous. De préférence, les valeurs d’écarts sont calculées à la même fréquence que la fourniture de l’information de tension des capteurs de tension des machines électriques M donc entre 50 et 150 millisecondes. Le seuil acceptable est calibré lors de la phase de mise au point de la fonction par exemple de 2 à 10%, de préférence à 5%. D1 est calibré lors de la phase de mise au point de la fonction à entre 200 et 100 millisecondes, de préférence à 500 millisecondes. La quatrième étape est l’entrée dans le mode de reconfiguration en cas de défaillance. Dans le cas où le superviseur Sp (eVCU) constate que l’écart est supérieur au seuil acceptable à l’arrière, la reconfiguration peut comprendre une mémorisation d’un code défaut dans par exemple dans la mémoire morte du superviseur Sp (eVCU), pour indiquer au service de maintenance que la machine correspondante (MCUR) a rencontré un problème sur la mesure de tension en entrée de son onduleur (Machine Electrique arrière). Le code défaut peut être différent en fonction de la machine ayant présenté le défaut afin d’orienter le service de maintenance directement sur la machine ayant présenté le défaut. La reconfiguration peut comprendre un allumage d’un voyant correspondant. Par exemple, le superviseur Sp du groupe motopropulseur (eVCU) allume un voyant « Service » au tableau de bord et un message au tableau de bord pour indiquer aux utilisateurs du véhicule qu’un problème est survenu sur la chaine de traction. Par ailleurs, le superviseur Sp du groupe motopropulseur (eVCU) demande l’arrêt de la machine électrique M arrière ayant rencontrée le problème, c’est-à-dire que le superviseur Sp n’envoie plus de consigne de couple au calculateur MCUR ayant présenté le problème et finit le trajet uniquement avec la machine électrique avant, à moins que celle-ci relève aussi un problème similaire. Dans le cas où le superviseur Sp (eVCU) constate un écart supérieur au seuil acceptable à l’avant, la reconfiguration peut comprendre les mêmes étapes que pour l’arrière. Dans le cas où le superviseur Sp (eVCU) constate un écart supérieur au seuil acceptable à la fois à l’avant et à l’arrière, la reconfiguration peut comprendre la mise en œuvre d’un troisième code défaut spécifique ou les 2 codes défauts vues précédemment, pour indiquer au service de maintenance que le défaut n’est pas propre à une seule machine électrique M mais aux 2 machines électriques M. Alors, l’équipe de maintenance devrait vérifier si le problème ne vient pas du circuit à haute tension du véhicule. La reconfiguration peut comprendre la mise en œuvre d’un voyant ou d’une alerte, par exemple le superviseur du groupe motopropulseur (eVCU) allume un voyant « Stop » au tableau de bord et un message au tableau de bord pour indiquer aux utilisateurs du véhicule qu’un problème est survenu sur la chaine de traction. La reconfiguration peut comprendre des ouvertures des contacteurs de la batterie B, par exemple, le superviseur Sp demande au calculateur de la batterie (BMS) d’ouvrir les contacteurs principaux de la batterie B, pour isoler la batterie B du circuit à haute tension du véhicule, pour sécuriser le véhicule et les utilisateurs avec impossibilité de refermer les contacteurs principaux sans l’intervention du service de maintenance. La sixième étape est le mode de rétablissement de la reconfiguration. Deux variantes sont possibles : Soit on considère que la gravité d’un défaut de vérification de la pertinence de l’information de tension en entrée onduleur de la machine électrique M est si grave, que le rétablissement de la machine défaillante ne peut se faire que par effacement de la mémoire morte du MCUx en question par le service de maintenance, et vérification de la machine électrique M (voir un changement de l’onduleur de la machine électrique M par ledit service) ; Soit en variante dans l’invention, il est possible d’envisager qu’à la coupure contact du véhicule, le défaut se réhabilite et que le véhicule soit autorisé à repartir une fois le défaut réhabilité. Cela signifie que le superviseur Sp arrête l’allumage du voyant STOP et le message au tableau de bord, et réautorise le fonctionnement de la machine électrique M en défaut. La seule chose qui resterait de ce passage en mode de reconfiguration est que le code défaut reste mémorisé dans la mémoire morte du superviseur Sp pour que le service de maintenance puisse voir que la machine électrique M a subi un défaut de détermination du couple en sortie de la machine électrique M. Cependant ce code défaut ne reste pas en l’état « permanent » dans la mémoire des calculateurs MCU et eVCU, mais le code défaut passe en état « fugitif » pour indiquer au service de maintenance que le défaut s’est résolu de lui-même. Par contre, comme expliqué quand les deux onduleurs (MCUR et MCUF) remontent la même problématique d’une défaillance de la mesure de tension à l’entrée de leurs onduleurs, là, l’immobilisation du véhicule est obligatoire et l’intervention du service de maintenance est nécessaire pour remettre le véhicule en fonction après inspection du circuit à haute tension et des machines électriques M du véhicule. Cette fonction est applicable aux véhicules à traction avant ou arrière 100% électriques. L’invention concerne en outre un programme de mise en œuvre d’un procédé tel que décrit précédemment. Le programme peut être chargé dans la mémoire d’un contrôleur du véhicule automobile, par exemple dans un contrôleur de batterie de traction ou un superviseur de véhicule automobile. Véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction (B) ; - au moins un onduleur connecté à la batterie de traction (B) ; - au moins une machine électrique (M) connectée audit onduleur ; - au moins un premier moyen de mesure (C1) mesurant la tension dudit onduleur ; - un deuxième moyen de mesure (C2) mesurant la tension de la batterie de traction (B) ; - un moyen de reconfiguration permettant de reconfigurer ladite machine électrique (M), - au moins un calculateur (Ct, Sp) connecté aux moyens de mesure (C1, C2) et au moyen de reconfiguration, caractérisé en ce que ledit calculateur (Ct, Sp) détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée par ledit premier moyen de mesure (C1) et la tension mesurée par le deuxième moyen de mesure (C2), au-dessus d’un seuil de tolérance ; et en ce que ledit calculateur (Ct, Sp) déclenche une reconfiguration via le moyen de reconfiguration en cas de défaut électrique. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier moyen de mesure (C1) mesure la tension pendant des intervalles de 10 à 200 millisecondes, et préférence de 50 à 150 millisecondes, et/ ou le deuxième moyen de mesure (C2) mesure la tension pendant des intervalles de 10 à 200 millisecondes, et préférence de 50 à 150 millisecondes. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen de reconfiguration déclenche une alerte ou un affichage d’un code défaut. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la batterie de traction (B) comprend des contacteurs, caractérisé en ce que le moyen de reconfiguration déclenche une ouverture des contacteurs. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant : - deux machines électriques (M) sur deux trains du véhicule ; - deux onduleurs connectés, chacun, à la batterie de traction (B) et à une machine électrique (M) respective ; - deux premiers moyens de mesure (C1) mesurant la tension d’un onduleur respectif ; - le moyen de reconfiguration permettant de reconfigurer l’une et/ou l’autre machine électrique (M), caractérisé en ce que ledit calculateur détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée par l’un et/ou l’autre premier moyen de mesure (C1) et la tension mesurée par le deuxième moyen de mesure (C2), au-dessus d’un seuil de tolérance. Véhicule automobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que si le calculateur détecte un défaut électrique sur une seule des deux machines électriques (M), alors le moyen de reconfiguration interrompt l’utilisation de la machine électrique (M) en cause, et privilégie l’utilisation de l’autre machine électrique (M) ; et si le calculateur détecte un défaut électrique sur les deux machines électriques (M), alors le moyen de reconfiguration interrompt l’utilisation des deux machines électriques (M). Procédé de contrôle d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes : - au moins une étape de mesure d’onduleur dans laquelle on mesure la tension dudit onduleur ; - une étape de mesure de batterie dans laquelle on mesure la tension de la batterie de traction (B) ; - une étape de reconfiguration dans laquelle on reconfigure ladite machine électrique (M), - une étape de contrôle dans laquelle on détecte un défaut électrique s’il y a un écart entre la tension mesurée à l’étape de mesure d’onduleur et la tension mesurée à l’étape de mesure de batterie, au-dessus d’un seuil de tolérance ; et on déclenche l’étape de reconfiguration en cas de défaut électrique. Procédé de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’étape de contrôle est réalisée sur deux machines électriques (M) pour détecter un défaut électrique sur l’une et/ou l’autre machine électrique (M). Procédé de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce que si à l’étape de contrôle, on détecte un défaut électrique sur une seule des deux machines électriques (M), alors à l’étape de reconfiguration on interrompt l’utilisation de la machine électrique (M) en cause, et on privilégie l’utilisation de l’autre machine électrique (M) ; et si on détecte un défaut électrique sur les deux machines électriques (M), alors à l’étape de reconfiguration on interrompt l’utilisation des deux machines électriques (M). Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.