FR2721560A1

FR2721560A1 - Control method for motor of electrically propelled vehicle

Info

Publication number: FR2721560A1
Application number: FR9407799A
Authority: FR
Inventors: Denis Pradel
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1995-12-29
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: FR2721560B1

Abstract

The method involves determining the control of power flow from the batteries of the electrically powered vehicle to the drive motor by a computer. The controls are applied to the wave form, phase shift and frequency of current in the motor. During manufacture a number of motors are tested and the relation between controls and motor variables giving optimal performance are determined, and stored in memory. Different sets of data are stored (3,4) for different driving modes, for example moderate or sporting. The driver can select (2) between these modes. The computer (5) monitors the motor (10) variables and delivers these to the control computer (6), which also receives input from driver controls (1,2,3) and from the stored tables (3,4) of motor data. The computer uses these inputs to determine drive to the motor.

Description

Procédé de commande d'un moteur de véhicule
à propulsion électrique
Les véhicules à propulsion électrique présentent l'avantage de ne pas polluer l'atmosphère et ils sont l'objet de nombreux développements, en particulier les voitures électriques.Method for controlling a vehicle engine
electrically powered
Electrically propelled vehicles have the advantage of not polluting the atmosphere and they are the subject of many developments, in particular electric cars.

En ce qui concerne ces voitures électriques, on se heurte cependant au fait que la capacité des batteries actuellement disponibles est insuffisante pour assurer une autonomie semblable à celle qu'assure un réservoir de carburant. With regard to these electric cars, however, there is the fact that the capacity of the batteries currently available is insufficient to ensure a range similar to that provided by a fuel tank.

Pour limiter cet inconvénient, on cherche à faire fonctionner le moteur dans des conditions optimales, afin d'avoir un rendement maximal. To limit this drawback, it is sought to operate the engine under optimal conditions, in order to have maximum efficiency.

Pour cela, il est connu de créer un modèle de fonctionnement du moteur, en fonction de ses caractéristiques électriques et mécaniques, et un modèle de comportement mécanique de la voiture que l'on utilise, dans un calculateur embarqué, pour transformer des commandes issues d'organes de pilotage de la voiture, tels que pédales de frein et d'accélération, en commandes électriques déterminant le courant traversant le moteur et permettant d'obtenir l'accélération escomptée par le conducteur. For this, it is known to create an engine operating model, according to its electrical and mechanical characteristics, and a mechanical behavior model of the car which is used, in an on-board computer, to transform commands from 'control elements of the car, such as brake and acceleration pedals, with electrical controls determining the current flowing through the engine and making it possible to obtain the acceleration expected by the driver.

Les commandes électriques dépendent des conditions observées de fonctionnement du moteur, comme sa vitesse de rotation et aussi de la masse de la voiture, c'est-à-dire de l'inertie à vaincre pour obtenir l'accélération, ou la performance de conduite, souhaitée. The electrical controls depend on the observed operating conditions of the engine, such as its speed of rotation and also on the mass of the car, i.e. the inertia to overcome to obtain acceleration, or driving performance , desired.

La détermination de la commande du moteur, qui fixe sa puissance motrice en fonction de a position de la pédale d'accélération, s'effectue par des calculs matriciels, complexes, sur les diverses grandeurs des modèles mathématiques à prendre en compte et nécessite de puissants moyens de calcul, coûteux et consommateurs d'énergie. The determination of the motor control, which fixes its motive power as a function of the position of the accelerator pedal, is carried out by complex matrix calculations on the various sizes of the mathematical models to be taken into account and requires powerful computing, expensive and energy consuming.

La présente invention vise à réduire la puissance de calcul nécessaire. The present invention aims to reduce the computing power required.

A cet effet, elle concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule à propulsion électrique à partir d'une source d'alimentation électrique et d'organes de pilotage du véhicule et en fonction de conditions
- rozon:=-ment du moteur, caractérisé par
-e, ~ ensembles de données de commande du moteur, chaque ensemble étant particulier à une plage déterminée de conditions de fonctionnement, ayant été déterminés et mémorisés dans une phase préparatoire en usine, on observe les conditions de fonctionnement du moteur pour en déterminer celui, desdits ensembles de données de commande, qui leur correspond et, en combinaison avec la commande des organes de pilotage, élaborer la commande du moteur.To this end, it relates to a method for controlling an electrically propelled vehicle engine from a source of electrical power and from vehicle control members and according to conditions
- rozon: = - engine ment, characterized by
-e, ~ engine control data sets, each set being specific to a determined range of operating conditions, having been determined and stored in a preparatory phase in the factory, the engine operating conditions are observed to determine which one, said control data sets, which corresponds to them and, in combination with the control of the control members, develop the motor control.

Ainsi, en exploitation, les données de commande fournissent déjà des résultats intermédiaires de calcul, fonction des conditions observées de fonctionnement, qui indiquent, dès le début du calcul, l'ordre de grandeur ou la forme de la commande approximative à appliquer au moteur, si bien que le calcul ne consiste plus, alors, qu'à faire évoluer la commande approximative sous la commande des organes de pilotage du véhicule. Le nombre de variables correspondantes à traiter est alors très limité et, en outre, l'interaction entre les variables restantes est limitée, si bien que le calcul est d'un type simple, plus simple que le calcul matriciel de l'art antérieur. Thus, in operation, the control data already provide intermediate calculation results, a function of the observed operating conditions, which indicate, from the start of the calculation, the order of magnitude or the form of the approximate control to be applied to the motor, so that the calculation no longer consists, then, in changing the approximate control under the control of the vehicle's steering members. The number of corresponding variables to be processed is then very limited and, moreover, the interaction between the remaining variables is limited, so that the calculation is of a simple type, simpler than the matrix calculation of the prior art.

De préférence, dans la phase préparatoire, les ensembles de données de commande ont été déterminés par essais sur une pluralité de véhicules du type de celui dont le moteur est à commander. Preferably, in the preparatory phase, the control data sets have been determined by tests on a plurality of vehicles of the type whose engine is to be controlled.

Ainsi, on dispose de valeurs réellement optimales relevées et non de valeurs déterminées à partir d'un modèle unique, qui présente toujours des imperfections. Thus, we have really optimal values recorded and not values determined from a single model, which always has imperfections.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du mode de réalisation préféré du procédé de commande de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un synoptique des divers organes de commande du moteur électrique d'une voiture électrique et - la figure 2 est un diagramme par blocs, plus détaillé, illustrant les relations fonctionnelles entre ces organes. The invention will be better understood using the following description of the preferred embodiment of the control method of the invention, with reference to the appended drawing, in which: - Figure 1 is a block diagram of the various control members of the electric motor of an electric car and - Figure 2 is a block diagram, more detailed, illustrating the functional relationships between these organs.

Le conducteur de la voiture dispose de pédales de frein, d'accélérateur et d'une commande du sens de la marche, globalement référencées 1, et d'un commutateur 2 de choix d'option de conduite, sportive ou plus modérée, déterminant le couple moteur à fournir en réponse à une commande de la pédale d'accélérateur 1. Une table 3 contient en mémoire morte des ensembles E[Pi] de données de conduite, ou de commande, et est adressée par le commutateur 2.Une autre table 4 contient des ensembles de données de commande, déterminés comme expliqué plus loin, correspondant chacun à une plage de conditions de fonctionnement du moteur 10 de la voiture, comportant des données définissant un signal électrique de commande du moteur 10, c'est-à-dire des formes d'onde G(fl, k) et des décalages o( n, k), ici temporels et qui sont expliqués plus loin, destinés à la commande du moteur 10, rotatif synchrone dans cet exemple. Ces décalages seraient fréquentiels et de la forme of(Q, k) pour un moteur rotatif asynchrone. The driver of the car has brake pedals, accelerator and a direction of travel control, generally referenced 1, and a switch 2 for choice of driving option, sporty or more moderate, determining the engine torque to be supplied in response to a command from the accelerator pedal 1. A table 3 contains in read-only memory sets E [Pi] of driving or command data, and is addressed by the switch 2. Another table 4 contains sets of control data, determined as explained below, each corresponding to a range of operating conditions of the engine 10 of the car, comprising data defining an electric signal for controlling the engine 10, that is to say say waveforms G (fl, k) and offsets o (n, k), here temporal and which are explained below, intended for the control of the motor 10, synchronous rotary in this example. These shifts would be frequency and of the form of (Q, k) for an asynchronous rotary motor.

Dans cet exemple, dans une phase préparatoire en usine, les ensembles de données de commande E[Pi], G(n, k) et c(, k) ou of(Q, k) ont été déterminés par essais sur une pluralité de véhicules du type de celui dont le moteur est à commander. In this example, in a factory preparatory phase, the control data sets E [Pi], G (n, k) and c (, k) or of (Q, k) were determined by tests on a plurality of vehicles of the type whose engine is to be ordered.

Un bloc de calcul 5 est associé à un capteur de courant et à des capteurs de température d'organes électriques de commande du moteur 10, non représentés, et surveille en permanence l'état électrique de la voiture, et en particulier l'état de charge d'une batterie, non représentée, alimentant le moteur 10. A computer block 5 is associated with a current sensor and with temperature sensors of electric motor control members 10, not shown, and constantly monitors the electric state of the car, and in particular the state of charging a battery, not shown, supplying the motor 10.

Un bloc de calcul 6 est relié en entrée aux pédales 1, aux tables 3 et 4 et au bloc de calcul 5. Le bloc de calcul 6 calcule l'affinité k(t) à appliquer à une forme d'onde de référence G fournie par la table 4 à l'instant t, connaissant k(t-1) à un instant précédent. L'affinité k(t) est de la forme:
k(t) = F [ k(t-l), n, G, r, Fr, Pi ] avec: n : fréquence mesurée de rotation du moteur 10, relevée comme expliqué plus loin
G : forme d'onde de référence fournie par la table 4 r : accélération indiquée par la pédale d'accélération 1
Fr : freinage indiqué par la pédale de frein 1
Pi : paramètres de conduite
La fonction F peut être, par exemple, la suivante
PO k(t-l) + P1 r(t) + P2 [r(t) - r(t-l)] + P3 (1 - P4 / (P4 + D)] Fr(t)
L'affinité k(t) définit la variation relative du courant de commande entre les instants t-l et t. I1 ne s'agit donc pas d'un gain absolu par rapport à la référence fixe de forme d'onde G fournie par la table 4, gain qui sera calculé par un bloc de calcul 7.A calculation block 6 is connected as an input to the pedals 1, to tables 3 and 4 and to the calculation block 5. The calculation block 6 calculates the affinity k (t) to be applied to a reference waveform G supplied by table 4 at time t, knowing k (t-1) at a previous time. The affinity k (t) is of the form:
k (t) = F [k (tl), n, G, r, Fr, Pi] with: n: measured frequency of rotation of the motor 10, noted as explained below
G: reference waveform provided by table 4 r: acceleration indicated by accelerator pedal 1
Fr: braking indicated by brake pedal 1
Pi: driving parameters
The function F can be, for example, the following
PO k (tl) + P1 r (t) + P2 [r (t) - r (tl)] + P3 (1 - P4 / (P4 + D)] Fr (t)
The affinity k (t) defines the relative variation of the control current between the instants tl and t. I1 is therefore not an absolute gain with respect to the fixed reference of waveform G provided by table 4, gain which will be calculated by a calculation block 7.

Le bloc de calcul 6 alimente le bloc de calcul 7 qui reçoit de la table 4 les signaux G(n, k) et o( n, k), respectivement de gain et de déphasage à appliquer à la forme d'onde de courant traversant le moteur 10, par rapport à la forme d'onde de référence G fournie par la table 4 au bloc de calcul 6. Dans le cas d'un moteur asynchrone, le signal o9(n, k) serait remplacé par le signal of(R, k) relatif à un glissement de fréquence. The calculation block 6 supplies the calculation block 7 which receives from the table 4 the signals G (n, k) and o (n, k), of gain and phase shift respectively to be applied to the current through waveform the motor 10, with respect to the reference waveform G supplied by table 4 to the calculation block 6. In the case of an asynchronous motor, the signal o9 (n, k) would be replaced by the signal of ( R, k) relative to a frequency slip.

Le bloc de calcul 7 effectue les calculs suivants:
R(I) = G(, k). k(t) a = a + o(Q, k)
ou bien, dans le cas d'un moteur asynchrone:
R(I) = G(, k). k(t) f(I) = a Q + of(Q, k)
R(I) étant l'amplitud- du courant moteur,
étant sa phase
f(I) étant sa fréquence et
a étant une constante fonction du nombre de pôles du moteur 10.Calculation block 7 performs the following calculations:
R (I) = G (, k). k (t) a = a + o (Q, k)
or, in the case of an asynchronous motor:
R (I) = G (, k). k (t) f (I) = a Q + of (Q, k)
R (I) being the amplitude of the motor current,
being his phase
f (I) being its frequency and
a being a constant function of the number of poles of the motor 10.

ce qui définit la forme d'onde de courant, ou tension, à appliquer au moteur 10 et sa phase ou sa fréquence. which defines the current waveform, or voltage, to be applied to the motor 10 and its phase or frequency.

Une commande correspondante est transmise à une boucle d'asservissement 8, 9 et 11. La boucle d'asservissement est constituée d'un circuit 8 de mise en forme de l'onde voulue, suivi d'un amplificateur de courant 9 attaquant le moteur 10. Un circuit ampèremétrique électronique 11 mesurant le courant traversant effectivement le moteur 10 est monté dans une boucle de réaction et restitue une tension représentant la forme du courant traversant effectivement le moteur 10. A corresponding command is transmitted to a control loop 8, 9 and 11. The control loop consists of a circuit 8 for shaping the desired wave, followed by a current amplifier 9 driving the motor 10. An electronic ammeter circuit 11 measuring the current actually passing through the motor 10 is mounted in a feedback loop and restores a voltage representing the shape of the current actually passing through the motor 10.

Le circuit 11 attaque une entrée inverseuse d'un additionneur dont une autre entrée, non inverseuse, reçoit la commande issue du bloc de calcul 7 et dont la sortie commande le circuit 8.The circuit 11 drives an inverting input of an adder whose other non-inverting input receives the command from the calculation block 7 and whose output controls the circuit 8.

Un capteur 12 de la position angulaire a du rotor du moteur 10 et de sa fréquence n fournit l'indication correspondante à un circuit 13 de mise en forme de l'angle a du rotor, qui peut aussi en calculer la vitesse de rotation. Le circuit 13 fournit l'information de position angulaire a du rotor au bloc de calcul 7 et l'information n de vitesse du rotor à la table 4, pour adresser ses données, et aux blocs de calcul 6 et 7. A sensor 12 of the angular position a of the rotor of the motor 10 and of its frequency n provides the corresponding indication to a circuit 13 for shaping the angle a of the rotor, which can also calculate the speed of rotation. The circuit 13 provides the angular position information a of the rotor to the calculation block 7 and the information n of the rotor speed to the table 4, to address its data, and to the calculation blocks 6 and 7.

Comme indiqué, la détermination des données de la table 4 est effectuée en réalisant des essais en usine sur les moteurs 20 de plusieurs véhicules semblables à celui considéré pour déterminer une valeur moyenne des commandes optimales du moteur 10 et cela pour chaque plage de fonctionnement. Dans un banc de test, un circuit 22, semblable au circuit i2, fournit les conditions de fonctionnement des moteurs 20 à un bloc de calcul 21 qui effectue le calcul des ensembles de données de commandes optimales et les charge, par la liaison représentée par une ligne en pointillé, dans les tables 3 et 4 des véhicules de série. En pratique, les tables 3 et 4 sont une même mémoire morte. As indicated, the determination of the data in table 4 is carried out by carrying out factory tests on the engines 20 of several vehicles similar to that considered to determine an average value of the optimal controls of the engine 10 and this for each operating range. In a test bench, a circuit 22, similar to the circuit i2, supplies the operating conditions of the motors 20 to a calculation block 21 which performs the calculation of the optimal command data sets and loads them, by the link represented by a dashed line, in tables 3 and 4 of series vehicles. In practice, tables 3 and 4 are the same read only memory.

Ainsi, à partir des organes 1 de pilotage du véhicule et en fonction des conditions observées a et Q de fonctionnement du moteur 10, les ensembles de données G(n, k) et o+(D, k) ou of(n, k) de commande du moteur 10, chaque ensemble étant particulier à une plage déterminée de conditions de fonctionnement, ayant été déterminés et mémorisés dans la phase préparatoire en usine, on observe les conditions de fonctionnement du moteur 10 pour en déterminer celui, des ensembles de données de commande G(n, k) et os(D, k) ou of(D, k) qui leur correspond et, en combinaison avec la commande des organes de pilotage 1, élaborer la commande du moteur 10.On notera que les données E[Pi] traduisant le choix du type de conduite n ont pas un caractère obligatoire. Dans cet exemple, cependant, les données de commande du moteur EtPi] particulières à des performances de conduite ayant été déterminées et mémorisées dans la phase préparatoire, le conducteur peut choisir, par le commutateur 2, l'une des performances pour combiner les données, qui lui correspondent à son choix, à l'ensemble de données G(n, k) et o(D, k) ou of(D, k) d'élaboration de la commande du moteur 10 et aux organes de pilotage 1. Thus, from the vehicle control bodies 1 and as a function of the observed operating conditions a and Q of the engine 10, the data sets G (n, k) and o + (D, k) or of (n, k) motor 10, each set being specific to a determined range of operating conditions, having been determined and stored in the preparatory phase in the factory, the operating conditions of motor 10 are observed to determine which one, data sets of command G (n, k) and os (D, k) or of (D, k) which corresponds to them and, in combination with the command of the control members 1, elaborate the command of the motor 10. It will be noted that the data E [Pi] reflecting the choice of the type of driving is not compulsory. In this example, however, the EtPi engine control data specific to driving performance having been determined and stored in the preparatory phase, the driver can choose, by the switch 2, one of the performances to combine the data, which correspond to it at its choice, to the data set G (n, k) and o (D, k) or of (D, k) for developing the control of the motor 10 and to the control members 1.

Les ensembles de données de commande constituent une sorte de cartographie du fonctionnement optimal du moteur 10. Ainsi, lorsque, par exemple, la vitesse du moteur 10 est faible et qu'il ne peut donc développer une puissance élevée, la dérivée temporelle de son courant de commande sera limitée, afin d'éviter tout excès inutile de courant. The control data sets constitute a kind of cartography of the optimal functioning of the motor 10. Thus, when, for example, the speed of the motor 10 is low and it cannot therefore develop a high power, the time derivative of its current order will be limited, to avoid unnecessary excess current.

De même, l'écart de phase o de la commande, déterminant lo couple, dépend de cette vitesse de rotation. En outre, le courant de commande présente une forme d'onde G qui évolue selon la vitesse de rotation n relevée, et prend une forme sinusoïdale, triangulaire ou rectangulaire.Likewise, the phase difference o of the control, determining the torque, depends on this speed of rotation. In addition, the control current has a waveform G which evolves according to the detected speed of rotation n, and takes a sinusoidal, triangular or rectangular shape.

Les blocs de calcul 6 et 7 disposent ainsi, à partir de la table 4, de données de commande adaptées à la plage de fonctionnement du moteur 10 et n'effectuent qu'un simple calcul d'ajustement de ces données. The calculation blocks 6 and 7 thus have, from table 4, control data adapted to the operating range of the motor 10 and only carry out a simple adjustment calculation of these data.

Il est ici prévu, afin de ne pas décharger excessivement la batterie, de prendre en compte son état de charge, par l'indication correspondante fournie par le bloc 5, dans l'élaboration de la commande du moteur 10. It is here provided, in order not to excessively discharge the battery, to take into account its state of charge, by the corresponding indication provided by the block 5, in the development of the engine control 10.

En particulier, le courant est limité lorsque la batterie est fortement déchargée. In particular, the current is limited when the battery is heavily discharged.

Claims

1. A method of controlling an engine (10) of an electrically propelled vehicle from a source of electrical power and vehicle control members and according to observed operating conditions of the engine (10), characterized by the fact that, engine control data sets [G (#, k) and ## (#, k), of (#, k) j, each set being specific to a determined range of operating conditions, having been determined and stored in a preparatory phase in the factory, the operating conditions of the engine are observed to determine that of said control data sets [G (Q, k) and ## (#, k) ;; of (#, k)] which corresponds to them and, in combination with the control of the control members (1), develop the control (9) of the motor (10).

2. Method according to claim 1, in which, in the preparatory phase, the control data sets [G (#, k) and ## f (#, k); of (#, k)] have been determined by tests on a plurality of vehicles of the type whose engine (10) is to be ordered.

3. Method according to one of claims 1 and 2, wherein other engine control data (E [Pi]) specific to driving performance having been determined and stored in the preparatory phase, the driver chooses the one of the performances for combining the data (Pi), which correspond to it, to said set of data for developing the engine control [G (#, k) and ## (#, k); of (n, k)] and to the steering bodies (1).

4. Method according to one of claims 1 to 3, wherein each set of control data particular to a range of operating conditions [G (#, k) and ## (#, k); of (#, k)] includes data relating to a form (G) of the electric motor control signal (10).

5. The method of claim 4, wherein there is associated with the motor control signal (10) offset data (e of) of one of the signal parameters.

6. Method according to claim 5, in which, the motor (10) being a synchronous rotary motor, the offset data is angular phase shift data (e

7. The method of claim 5, wherein, the motor (10) being an asynchronous rotary motor, the offset data are frequency slip data (of).

8. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the state of the electrical power source is taken into account (5) in the development of the engine control (10).