FR2689823A1 - Functional monitoring of electric vehicle propulsion system - using actual instantaneous system power input which is compared with theoretical value under same conditions to detect malfunction - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel procédé mis en oeuvre dans un véhicule comprenant des moyens pour définir un couple de consigne instantané à établir sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne. The present invention relates to a method for controlling the operating state of an electric drive chain of a motor vehicle and, more particularly, to such a method implemented in a vehicle comprising means for defining a torque instantaneous setpoint to be established on the output shaft of an electric motor forming part of the traction chain and to control a power stage supplying this motor as a function of this setpoint torque.
Comme représenté à la Fig. 1 du dessin annexé, un véhicule automobile à propulsion électrique comprend classiquement une source d'énergie électrique telle que des batteries 1 qui alimentent un étage de puissance 2 tel qu'un hacheur ou un onduleur, lequel étage de puissance alimente à son tour les enroulements d'un moteur électrique 3 d'entraînement d'au moins une roue 4 du véhicule, l'ensemble des moyens (2,3,4) constituant la chaîne de traction de ce véhicule.Le moteur électrique peut être, à titre d'exemple, un moteur asynchrone triphasé alimenté par des courants fournis par un onduleur et commandés en fréquence et en intensité pour que le moteur délivre un couple de sortie prédéterminé, défini par une unité de commande 5 à partir de signaux délivrés par des capteurs 6 et 7 sensibles aux positions d'une pédale d'accélérateur 8 et d'une pédale de frein 9, respectivement, elle-même commandées par le conducteur du véhicule. As shown in Fig. 1 of the accompanying drawing, a motor vehicle with electric propulsion conventionally comprises a source of electrical energy such as batteries 1 which supply a power stage 2 such as a chopper or an inverter, which power stage in turn supplies the windings an electric motor 3 for driving at least one wheel 4 of the vehicle, all of the means (2,3,4) constituting the traction chain of this vehicle. The electric motor can be, by way of example, a three-phase asynchronous motor supplied by currents supplied by an inverter and controlled in frequency and intensity so that the motor delivers a predetermined output torque, defined by a control unit 5 from signals delivered by sensors 6 and 7 responsive to the positions of an accelerator pedal 8 and a brake pedal 9, respectively, itself controlled by the driver of the vehicle.
Pour assurer la sécurité de la conduite d'un tel véhicule, il faut prévoir des moyens d'élaboration et de transmission sûrs des informations traitées par l'unité de commande. On prévoit à cet effet un traitement redondant de ces informations dans cette unité. Mais il faut aussi s'assurer du bon fonctionnement de la chaîne de traction et en particulier de l'étage de puissance incorporé à une telle chaîne. On comprend en effet qu'un dérèglement des courants fournis aux enroulements du moteur pourrait conduire, par exemple, à un emballement de ce moteur qui mettrait en danger les occupants du véhicule. To ensure the safe driving of such a vehicle, it is necessary to provide means for processing and transmitting the information processed by the control unit. To this end, provision is made for redundant processing of this information in this unit. But it is also necessary to ensure the proper functioning of the traction chain and in particular of the power stage incorporated in such a chain. It is indeed understood that a disturbance of the currents supplied to the windings of the motor could lead, for example, to a runaway of this motor which would endanger the occupants of the vehicle.
La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'un étage de puissance assurant l'alimentation d'un moteur propulsant au moins une roue d'un véhicule automobile. The present invention therefore aims to provide a method for controlling the operating state of a power stage ensuring the supply of a motor propelling at least one wheel of a motor vehicle.
La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé qui n'exige l'installation dans le véhicule d'aucun matériel autre que ceux déjà disponibles à d'autres fins. The present invention also aims to provide such a method which does not require the installation in the vehicle of any material other than that already available for other purposes.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile alimenté par une source d'énergie et équipé de moyens pour définir un couple moteur de consigne instantané disponible sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique formant partie de la chaîne de traction et pour commander un étage de puissance alimentant ce moteur en fonction de ce couple de consigne.Suivant l'invention on calcule la puissance théoriquement absorbée par la chaîne de traction à la vitesse angulaire instantanée mesurée du moteur supposé délivrant le couple de consigne instantané, on compare la puissance théorique calculée à la puissance fournie par la source d'énergie électrique à la chaîne de traction et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la chaîne de traction quand ces puissances sont sensiblement égales. These objects of the invention are achieved, as well as others which will appear on reading the description which follows, with a method for controlling the operating state of an electric traction chain of a powered motor vehicle. by an energy source and equipped with means for defining an instantaneous setpoint motor torque available on the output shaft of an electric motor forming part of the traction chain and for controlling a power stage supplying this motor as a function of According to the invention, the power theoretically absorbed by the traction chain is calculated at the instantaneous measured angular speed of the engine supposed to deliver the instantaneous setpoint torque, the theoretical power calculated is compared with the power supplied by the source d electric power to the traction chain and a good state of operation of the traction chain is diagnosed when these powers are sensi slightly equal.
En calculant ainsi la puissance théoriquement absorbée par la chaîne de traction en faisant intervenir le couple de consigne à la place du couple réel on évite, d'une manière élégante et particulièrement économique, l'emploi de moyens de mesure de ce couple. En outre une sensible égalité des puissances comparées permet de conclure que le couple réellement développé par le moteur correspond au couple de consigne et donc que la chaîne de traction fonctionne correctement. By thus calculating the power theoretically absorbed by the traction chain by involving the setpoint torque instead of the actual torque, the use of means for measuring this torque is avoided in an elegant and particularly economical manner. In addition, a substantial equality of the powers compared makes it possible to conclude that the torque actually developed by the motor corresponds to the setpoint torque and therefore that the traction chain is functioning properly.
Suivant une variante du procédé selon l'invention, on calcule le couple théoriquement disponible sur l'arbre de sortie du moteur à partir de la puissance électrique absorbée par le moteur et de la vitesse angulaire instantanée de cet arbre, on compare le couple théorique au couple de consigne défini par les moyens de définition de ce couple et on diagnostique un bon état de fonctionnement de la -chaîne de traction quand ces deux couples sont sensiblement égaux. According to a variant of the method according to the invention, the theoretically available torque on the motor output shaft is calculated from the electric power absorbed by the motor and the instantaneous angular speed of this shaft, the theoretical torque is compared to setpoint torque defined by the means for defining this torque and a good state of operation of the traction chain is diagnosed when these two couples are substantially equal.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la Fig. 1 est un schéma d'un véhicule automobile à propulsion électrique, déjà partiellement décrit en préambule de la présente description, et propre à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et
- la Fig. 2 est un schéma fonctionnel de la chaîne de traction du véhicule de la Fig. 1, utile à la description du procédé suivant l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawing in which
- Fig. 1 is a diagram of an electrically propelled motor vehicle, already partially described in the preamble to this description, and suitable for implementing the method according to the invention, and
- Fig. 2 is a functional diagram of the traction chain of the vehicle of FIG. 1, useful for describing the process according to the invention.
En matière de sécurité automobile, c'est le couple de consigne demandé par le conducteur qui est le paramètre essentiel à garantir. On peut penser, à cet effet, contrôler par retour d'information les informations de couple échangées entre l'unité de commande et l'étage de puissance, à l'aide d'un capteur de couple installé sur l'arbre de sortie du moteur. Cette solution présente dans son principe l'inconvénient d'accroître le coût du matériel utilisé du coût de ce capteur et de son installation. Elle n'est en outre pas praticable à l'heure actuelle du fait qu'on ne connaît pas, en construction automobile, un tel capteur qui soit à la fois précis, fiable et de coût modéré. In terms of car safety, it is the setpoint torque requested by the driver which is the essential parameter to guarantee. We can think, for this purpose, control by feedback the torque information exchanged between the control unit and the power stage, using a torque sensor installed on the output shaft of the engine. This solution has in principle the disadvantage of increasing the cost of the material used by the cost of this sensor and its installation. It is also not practicable at present because there is no known, in automobile construction, such a sensor which is both precise, reliable and of moderate cost.
Suivant l'invention, on surmonte cette difficulté en vérifiant que le couple de sortie du moteur correspond bien au couple de consigne, non plus à partir d'un signal fourni par un capteur de couple monté sur l'arbre de sortie du moteur, mais à partir de la puissance électrique absorbée par la chaîne de traction et de la vitesse angulaire de l'arbre de sortie du moteur, cette dernière mesure étant de toute façon disponible dans le véhicule, du fait qu'elle est nécessaire à d'autres fins, ne serait-ce que pour l'affichage du régime du moteur ou de la vitesse du véhicule sur le tableau de bord. According to the invention, this difficulty is overcome by checking that the engine output torque corresponds to the setpoint torque, no longer from a signal supplied by a torque sensor mounted on the engine output shaft, but from the electric power absorbed by the traction chain and the angular speed of the engine output shaft, the latter measurement being available in the vehicle anyway, since it is necessary for other purposes , if only to display the engine speed or the vehicle speed on the dashboard.
Suivant l'invention encore, on évalue la puissance électrique absorbée par la chaîne de traction à partir de la mesure de la tension U et de l'intensité I du courant délivré par les batteries électriques 1 à l'étage de puissance 2, un onduleur ou un hacheur par exemple, c'està-dire à partir de la puissance électrique absorbée par cet étage de puissance. Là encore, l'invention n'implique aucun frais de matériel supplémentaire, des appareils de mesure de ces grandeurs électriques étant toujours prévus dans un véhicule à propulsion électrique. According to the invention also, the electrical power absorbed by the traction chain is evaluated from the measurement of the voltage U and of the intensity I of the current delivered by the electric batteries 1 to the power stage 2, an inverter or a chopper for example, that is to say from the electric power absorbed by this power stage. Here again, the invention does not involve any additional material costs, devices for measuring these electrical quantities being always provided in an electrically propelled vehicle.
On se réfère au schéma fonctionnel de la Fig. 2 pour expliquer comment, suivant la présente invention, on vérifie que la puissance électrique (U.I) délivrée par les batteries (1) à la chaîne de traction correspond quantitativement aux puissances absorbées par les divers éléments de cette chaîne soit
- la puissance Pm disponible sur l'arbre de sortie du moteur pour la propulsion du véhicule, cette puissance étant telle que: Pm = Cm . # où Cm est le couple moteur de sortie du moteur et Z la vitesse angulaire de son arbre de sortie,
- les pertes de puissance p2 dans l'étage de puissance 2 (pertes par effet Joule par exemple) et p3 dans le moteur 3 (pertes magnétiques, pertes par effet Joule, pertes par frottement).We refer to the block diagram of FIG. 2 to explain how, according to the present invention, it is verified that the electric power (IU) delivered by the batteries (1) to the traction chain corresponds quantitatively to the powers absorbed by the various elements of this chain is
- the power Pm available on the engine output shaft for propelling the vehicle, this power being such that: Pm = Cm. # where Cm is the motor output torque of the motor and Z the angular speed of its output shaft,
- the power losses p2 in the power stage 2 (losses by Joule effect for example) and p3 in the motor 3 (magnetic losses, losses by Joule effect, losses by friction).
Si la chaîne de traction fonctionne normalement on doit donc avoir U.I = C,.o + p2 + p3 et on peut considérer alors que le couple de sortie réel
Cm est sensiblement égal au couple de consigne Cyons défini par l'unité de commande 5.If the traction chain works normally, we must therefore have UI = C, .o + p2 + p3 and we can then consider that the actual output torque
Cm is substantially equal to the Cyons setpoint torque defined by the control unit 5.
Suivant l'invention on calcule alors la somme
Pth = Ccons + P2 + P3 somme dont la valeur (Pth) correspond à la puissance théoriquement absorbée par une chaîne de traction en bon état de fonctionnement, et on compare cette puissance théorique (Pth) à la puissance U.I fournie par les batteries (1) à la chaîne de traction.According to the invention, the sum is then calculated
Pth = Ccons + P2 + P3 sum whose value (Pth) corresponds to the power theoretically absorbed by a traction chain in good working condition, and we compare this theoretical power (Pth) to the power UI supplied by the batteries (1 ) to the traction chain.
Si la comparaison montre une sensible égalité de ces puissances, aux précisions des mesures près, on peut conclure que le couple moteur réel est bien sensiblement égal au couple de consigne et que, par conséquent, la chaîne de traction fonctionne normalement. If the comparison shows a substantial equality of these powers, apart from the precision of the measurements, it can be concluded that the actual engine torque is very substantially equal to the setpoint torque and that, consequently, the traction chain operates normally.
Ainsi, l'invention permet d'évaluer le couple de sortie du moteur, sans moyen spécialisé de mesure directe de ce couple. Les grandeurs U,I et X sont couramment mesurées à d'autres fins dans un véhicule automobile à propulsion électrique. L'invention n'exige donc pas l'installation dans le véhicule de moyens de mesure supplémentaires ce qui est très économique. Thus, the invention makes it possible to evaluate the output torque of the motor, without specialized means of direct measurement of this torque. The quantities U, I and X are commonly measured for other purposes in an electrically propelled motor vehicle. The invention therefore does not require the installation in the vehicle of additional measurement means which is very economical.
Les calculs nécessaires peuvent être réalisés par un calculateur placé dans l'unité de commande 5. Celle-ci reçoit alors l'information de vitesse o d'un capteur (non représenté) tel qu'un capteur classique à réluctance magnétique variable, ainsi que la tension U et l'intensité
I. Elle dispose du couple de consigne Cyons qu'elle élabore elle-même à partir des informations fournies par les capteurs 6 et 7. Elle compare les grandeurs (U.I) et (Ccons-o+P2+P3) et peut déclencher une alarme quand ces grandeurs ne sont pas égales, à une tolérance prédéterminée près.The necessary calculations can be carried out by a computer placed in the control unit 5. The latter then receives the speed information o from a sensor (not shown) such as a conventional sensor with variable magnetic reluctance, as well as voltage U and current
I. It has the Cyons setpoint torque which it develops itself from the information provided by sensors 6 and 7. It compares the quantities (UI) and (Ccons-o + P2 + P3) and can trigger an alarm when these quantities are not equal, to within a predetermined tolerance.
Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, l'unité de commande 5 connaît les pertes p2 et p3 par des tabulations conservées dans des moyens de mémoire adéquats, ces tabulations étant du type p2=f(CconsX) et p3=g(CcOnSX). Elles peuvent être établies par des mesures au banc. According to a preferred implementation of the method according to the invention, the control unit 5 knows the losses p2 and p3 by tabulations stored in adequate memory means, these tabulations being of the type p2 = f (CconsX) and p3 = g (CcOnSX). They can be established by bench measurements.
Le procédé de contrôle décrit ci-dessus permet de verifier l'état de fonctionnement de la chaîne de traction même lorsque le moteur (3) ne tourne pas, c'est-à-dire même à l'arrêt du véhicule, la puissance théorique Pth à calculer se réduisant alors à Pth=p2+p3. The control method described above makes it possible to check the operating state of the traction chain even when the engine (3) is not running, that is to say even when the vehicle is stopped, the theoretical power Pth to calculate then reducing to Pth = p2 + p3.
S'il est acceptable de renoncer à toute vérification de l'état du fonctionnement de la chaîne de traction lorsque le moteur ne tourne pas, c'est-à-dire quand =0, on peut procéder, suivant une variante de la présente invention, par comparaison de couples, comme on l'explique ci-dessous. If it is acceptable to give up any verification of the state of operation of the powertrain when the engine is not running, that is to say when = 0, we can proceed, according to a variant of the present invention , by comparison of couples, as explained below.
Si l'on note ne le rendement de conversion de l'étage de puissance 2, un onduleur par exemple, la puissance Pe fournie par l'onduleur est Pe = #e.U;I puissance que le moteur transforme en un couple de sortie théoriquement égal à
Cm = U.I.#e.#m/# ou T'm est le rendement du moteur.If we note the conversion efficiency of power stage 2, an inverter for example, the power Pe supplied by the inverter is Pe = #eU; I power that the motor transforms into a theoretically equal output torque at
Cm = UI # e. # M / # or T'm is the efficiency of the motor.
I1 apparaît que le couple Cm ne peut avoir une valeur finie que si ouzo, ce qui rend le calcul impossible lorsque le moteur est à l'arrêt. I1 appears that the torque Cm can only have a finite value if ouzo, which makes the calculation impossible when the engine is stopped.
Ayant ainsi calculé Cm, l'unité de commande peut comparer le couple théorique Q et le couple de consigne Cyans calculé par ailleurs par cette même unité et déclencher une alarme en cas d'inégalité. Having thus calculated Cm, the control unit can compare the theoretical torque Q and the setpoint torque Cyans calculated elsewhere by this same unit and trigger an alarm in the event of inequality.
Ici encore les rendements ne et #m peuvent être tabulés en fonction de Cocons et de #, comme les pertes p2 et p3 utilisées dans le premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Here again the yields ne and #m can be tabulated as a function of cocoons and of #, like the losses p2 and p3 used in the first embodiment of the method according to the invention.
Bien entendu, les batteries du véhicule alimentent couramment d'autres consommateurs d'énergie placés dans ce véhicule. Ainsi, si l'on évalue la puissance fournie à l'onduleur à partir de la puissance électrique totale délivrée par la batterie, il faut déduire de cette dernière la puissance absorbée par ces consommateurs (dispositif de chauffage, de climatisation, etc...) pour déduire la puissance fournie à l'onduleur, au sens défini ci-dessus. Of course, the vehicle batteries commonly supply other energy consumers placed in this vehicle. Thus, if we evaluate the power supplied to the inverter from the total electric power delivered by the battery, we must deduct from the latter the power absorbed by these consumers (heating, air conditioning, etc ... ) to deduct the power supplied to the inverter, in the sense defined above.
Il faut noter par ailleurs que l'expression donnée cidessus du couple moteur calculé suivant la deuxième mise en oeuvre de la présente invention prend en compte les pertes de puissance de la chaîne de traction, par le rendement ne de l'onduleur (pertes par effet Joule par exemple), et par le rendement Tis du moteur (pertes magnétiques Pmagn, pertes par effet Joule, pertes par frottement).It should also be noted that the expression given above of the engine torque calculated according to the second implementation of the present invention takes into account the power losses of the traction chain, by the efficiency ne of the inverter (losses by effect Joule for example), and by the Tis efficiency of the motor (magnetic losses Pmagn, losses by Joule effect, losses by friction).
I1 apparaît maintenant que la présente invention permet d'atteindre les objectifs annoncés, à savoir un contrôle de l'état de fonctionnement de la chaîne de traction d'un véhicule à propulsion électrique, sans utilisation de moyens de mesure du couple, et sans faire appel à des moyens matériels autres que ceux normalement disponibles dans le véhicule. Le procédé suivant l'invention permet de contrôler la chaîne de traction complète ctest-à-dire l'onduleur (ou le hacheur) et le moteur électrique. I1 permet aussi de contrôler la puissance absorbée par la chaîne de traction. On notera encore que ce procédé peut être mis en oeuvre aussi bien lorsque le moteur électrique est utilisé en moteur que lorsqu'il est utilisé en génératrice pour la charge des batteries lors de freinages avec récupération d'énergie. It now appears that the present invention makes it possible to achieve the announced objectives, namely a control of the operating state of the traction chain of an electrically propelled vehicle, without the use of torque measurement means, and without making use of material means other than those normally available in the vehicle. The method according to the invention makes it possible to control the complete traction chain, that is to say the inverter (or the chopper) and the electric motor. It also makes it possible to control the power absorbed by the traction chain. It will also be noted that this method can be implemented both when the electric motor is used as a motor and when it is used as a generator for charging the batteries during braking with energy recovery.
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Legal Events
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ST | Notification of lapse | ||
CA | Change of address | ||
CD | Change of name or company name | ||
CJ | Change in legal form |