FR2804076A1 - Dispositif de commande de moteur pour un systeme de direction assistee electronique - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif de commande d'opérations de direction assistée pour l'application d'un couple produit par un moteur électrique (M) à un mécanisme de direction comprend des moyens (61, 62) de réglage d'une valeur de commande du courant indicatif d'un courant électrique appliqué au moteur, des moyens (66) de réglage de valeurs de commande du courant suivant les axes d et q d'un système de coordonnées d-q sur la base de la valeur de commande du courant réglée par les moyens (61, 62), et des moyens (69d, 71d, 69q, 71q) de commande de la tension appliquée au moteur sur la base des valeurs de commande de courant suivant les axes d et q, réglées par les moyens (66).Application notamment aux systèmes de direction assistée de véhicules automobiles.
Description
i La présente invention concerne un dispositif de commande de moteur pour
un système de direction assistée
électrique, qui exécute une opération d'assistance de bra-
quage par application d'un couple produit par un moteur électrique à un mécanisme de direction. On connaît, de façon classique, des systèmes de direction assistée électriques, qui sont adaptés pour transmettre un couple produit par un moteur électrique, tel
qu'un moteur triphasé sans balais, un mécanisme de direc-
tion pour exécuter une opération d'assistance de braquage.
Un dispositif de commande du moteur pour un tel système de direction assistée électrique possède un agencement tel que
représenté sur la figure 4, annexée à la présente demande.
Le dispositif de commande du moteur comprend une section 91 de transformation du courant alternatif triphasé en des coordonnées, pour convertir une valeur de commande du courant i* (valeur efficace) en des vecteurs dans un système de coordonnées à courant alternatif triphasé, c'est-à-dire une valeur iua* de commande du courant de la phase U et une valeur iva* de commande du courant de la phase V, sur la base d'un angle Ore d'un rotor d'un moteur M. La valeur i* de commande du courant est déterminée sur la base d'un couple de braquage ou analogue appliqué à un volant de direction. L'angle Ere du rotor est détecté par un circuit 29 de détection de l'angle et du rotor, sur la base d'un signal de sortie d'un résolveur R prévu en association avec le moteur M. La valeur iua* de commande du courant de la phase U et la valeur iva de commande du courant de la phase V sont envoyées respectivement à des soustracteurs 93u et 93v. Un signal de sortie du circuit 94u de détection du courant de la phase U, qui sert à détecter un courant i.o de la phase U circulant réellement dans une phase U du
moteur M et un signal de sortie d'un circuit 94v de détec-
tion du courant de la phase V, qui sert à détecter un cou-
rant iva de la phase V circulant réellement dans une phase
V du moteur M, sont appliqués respectivement aux soustrac-
teurs 93u et 93v. Par conséquent un écart du courant iua de
la phase U par rapport à la valeur ira* de commande du cou-
rant de la phase U et un écart du courant iva de la phase V par rapport à la valeur iva* de commande du courant de la phase sont délivrés respectivement par les soustracteurs
93u et 93v.
Les écarts délivrés par les soustracteurs 93u et
93v sont appliqués respectivement aux sections 95u de com-
mande (à intégration proportionnelle) du courant de la phase u et à une section 95v de commande à intégration
proportionnelle du courant de la phase V. En outre la sec-
tion 95u de commande de l'intégration proportionnelle du courant de la phase U et la section 95v de commande à intégration proportionnelle du courant de la phase V reçoivent un gain de correction déterminé par une section 96 de correction du gain à intégration proportionnelle, sur la base d'une vitesse angulaire re du rotor, qui est le taux de variation de l'angle Ore du rotor. La section 95u de commande à intégration proportionnelle du courant de la
phase U et la section 95v de commande à intégration propor-
tionnelle du courant de la phase V déterminent respective-
ment une valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et une valeur Vva* de commande de la tension de la phase
V sur la base des écarts introduits à partir des soustrac-
teurs 93u et 93v et du gain de correction introduit par la section 96 de correction du gain à action proportionnelle
et intégrale.
La vitesse angulaire re du rotor est déterminée par une section 97 de calcui de la vitesse angulaire du rotor sur la base de l'angle Ore du rotor détecté par le
circuit 92 de détection de l'angle du rotor.
La valeur Vua* de commande de tension de la phase U et la valeur Vva* de commande de la phase V sont envoyées à une section MID (modulation d'impulsions en durée) triphasée 98. La valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et la valeur Vva* de commande de la tension de
la phase V sont également envoyées à une section 99 de cal-
cul de la valeur de commande de la tension de la phase W.
La section 99 de calcul de la valeur de commande de la ten-
sion de la phase W détermine une valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W en soustrayant la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et la valeur Vvam de commande de la tension de la phase V de zéro, et applique la valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W ainsi calculée à la section MID triphasée 98. C'est-à-dire que la section 98 de modulation d'impulsions en durée triphasée reçoit la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U, la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V et la valeur Vwa* de commande de la tension de
la phase W, qui lui sont envoyées.
La section MID triphasée 98 produit des signaux MID Su, Sv et Sw qui correspondent respectivement à la valeur Sua* de commande de la tension de la phase U, à la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V et à la valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W, et délivre les signaux MID Su, S, S Sw ainsi produits à un circuit de puissance P. Par conséquent le circuit de puissance P applique des tensions Vua, Vva et Vwa conformément aux signaux MID Su, Sv et Sw respectivement à la phase U, à la phase V et à la phase W du moteur M, qui à son tour produit un couple requis pour l'assistance de braquage. La valeur iua* de commande du courant de la phase U et la valeur iva* de commande du courant de la phase V varient d'une manière sinusoïdale lors de la variation de l'angle 0re du rotor. Le courant iua de la phase U et le courant iva de la phase V sont des courants électriques sinusoïdaux qui varient d'une manière sinusoïdale lors de la variation de l'angle Ore du rotor. Lorsque le moteur fonctionne avec une vitesse de rotation plus élevée, les variations du courant il de la phase U et du courant ir, de la phase V ne peuvent pas suivre les variations de la valeur iua* de commande du courant de la phase U et la valeur iva* de commande du courant de la phase V, de sorte que des décalages de phase peuvent se produire entre le courant iua de la phase U et la valeur iua* du courant de la phase U et entre le courant iov de la phase V et la valeur iva* de commande du courant de la phase V. Si de
tels décalages de phase se produisent, le moteur M ne pro-
duit pas un couple de valeur correcte, ce qui altère la qualité de réponse de l'assistance de braquage et la
convergence du volant. C'est pourquoi la sensation de bra-
quage peut s'en trouver altérée.
Un autre problème lié au dispositif classique de
commande d'un moteur est la difficulté à détecter une ano-
malie comme par exemple un décalage qui provoque la circu-
lation d'un courant électrique dans le moteur M même si la valeur i* de commande du courant est nulle. C'est-à-dire que le courant iua de la phase U et le courant iva de la phase V, qui sont des courants électriques sinusoidaux, s'annulent (ou passent par zéro) instantanément en fonction de l'angle Ore du rotor. Pour une détection précise du décalage, il est nécessaire de contrôler en permanence l'angle Or% du rotor de manière à obtenir le courant iua de la phase U et le courant icV de la phase V à un instant autre qu'un point d'annulation, et de calculer une valeur effective du courant électrique circulant dans le moteur M sur la base du courant de phase iua de la phase U et du
courant iva de la phase V, qui sont détectés.
Un premier but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande de moteur pour un système
de direction assistée électrique, qui garantisse une sensa-
tion améliorée de braquage.
Un second but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande de moteur pour un système de direction assistée électrique, qui se caractérise par
une détection aisée d'une anomalie, tel qu'un décalage.
Un dispositif de commande de moteur selon la pré- sente invention est un dispositif de commande de moteur
pour un système de direction assistée électrique qui exé-
cute une opération d'assistance de braquage par application
d'un couple produit par un moteur électrique (M) à un méca-
nisme de direction (1), le dispositif de commande de moteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit (61,62) de réglage de la valeur de commande du courant pour régler une valeur de commande du courant (ia*) indicative d'un
courant électrique devant être appliqué au moteur élec-
trique (M); un circuit (66) de réglage d'une valeur de com-
mande suivant des axes d-q pour régler une valeur (ida*) de commande de courant suivant l'axe d et une valeur (iqa*) de commande du courant suivant l'axe q dans un système de coordonnées d-q sur la base de la valeur de commande du courant (ia*) réglé par le circuit (61,62) de réglage de la valeur de commande du courant; et un circuit de commande de tension pour commander une tension devant être appliquée au moteur électrique (M) sur la base de la valeur de commande de courant suivant l'axe d (ida*) et de la valeur de commande de courant suivant l'axe q (iqa*), réglées par les moyens de réglage de la valeur de commande suivant les axes d-q. Les références alphanumériques entre parenthèses désignent des composants correspondants et analogues dans la forme de réalisation indiquée ci-après, mais ceci n'est
pas censé être limitatif pour la présente invention.
Conformément à l'invention, la valeur de commande
du courant suivant l'axe d et la valeur de commande du cou-
rant suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q sont déterminées sur la base de la valeur de commande du courant réglée par le circuit de réglage de la valeur de commande du courant, et le moteur est commandé sur la base de la valeur de commande du courant suivant l'axe d, et de la valeur de commande du courant suivant l'axe q, ainsi réglées. La valeur de commande du courant suivant l'axe d et la valeur de commande du courant suivant l'axe q, défi- nies dans le système de coordonnées d-q, sont des valeurs de courant continu indépendamment d'un angle du rotor du moteur. C'est pourquoi il n'existe aucun risque qu'un couple de sortie du moteur soit réduit en décalage de phase
entre la valeur de commande du courant et un courant élec-
trique circulant réellement dans le moteur, contrairement au dispositif classique de commande du moteur adapté pour commander le moteur sur la base d'une valeur de commande du courant définie dans un système de coordonnées de courant alternatif triphasé. Par conséquent la capacité de réponse d'assistance au braquage et la convergence du volant de direction peuvent être améliorés de manière à permettre une
amélioration drastique de la sensation de braquage par rap-
port au dispositif de commande classique.
Le dispositif de commande du moteur comporte en outre de préférence un circuit de détection de courants
(41,41u,41v) pour détecter des courants alternatifs tripha-
sés circulant réellement dans le moteur électrique; et un circuit (68) de transformation courant alternatif triphasé/ coordonnées d-q pour convertir les courants alternatifs triphasés détectés par le circuit de détection de courant en un courant (ida) suivant l'axe d et en un courant (iqa) suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q. Dans ce cas, le circuit de commande de la tension est de préférence
adapté pour appliquer une commande par réaction à la ten-
sion appliquée au moteur sur la base de la valeur de com-
mande du courant suivant l'axe d et de la valeur de com-
mande du courant suivant l'axe q. qui sont réglées par le circuit de réglage de la valeur de commande suivant les
coordonnées d-q, et le courant suivant l'axe d et le cou-
rant suivant l'axe q délivré par le circuit de transforma-
tion courant alternatif triphasé / coordonnées d-q.
Le circuit de commande de la tension comprend de préférence: un circuit (67d) de calcul de déviation suivant l'axe d pour déterminer une déviation du courant (ida) suivant l'axe d, délivré par le circuit (68) de transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q par rapport à la valeur de commande (ida*) du courant suivant l'axe d, réglée par le circuit (66) de réglage des valeurs de commande suivant les coordonnées dq; un circuit (69d,71d) de réglage de la valeur de commande de la tension suivant l'axe d pour régler une valeur de commande (Vda*) de la tension suivant l'axe d dans le système de coordonnées d-q, sur la base de la déviation déterminée par le circuit (64d) de calcul de la déviation suivant l'axe d; un circuit (67q) de calcul de la déviation suivant l'axe q pour déterminer une déviation du courant (iqa) suivant l'axe q, délivré par le circuit (68) de transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q par rapport à la valeur de commande (iqa*) du courant suivant l'axe q, réglée par le circuit (66) de réglage des valeurs de commande suivant les coordonnées d-q; et un circuit (69q,71q) de réglage des valeurs de commande de la tension suivant l'axe q pour régler une valeur de commande (Vqa*) de la valeur suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q sur la base de l'écart déterminé par le circuit (67q)
de calcul de la déviation suivant l'axe q.
Le dispositif de commande de moteur peut en outre
comporter un circuit (70) de calcul de la tension électro-
motrice de vitesse pour déterminer une tension électromo-
trice de vitesse apparaissant dans le moteur électrique.
Dans ce cas, le circuit de réglage de la valeur de commande de la tension suivant l'axe d et le circuit de réglage de la valeur de commande de la tension suivant l'axe q sont de préférence adaptés pour déterminer la valeur de commande de la tension suivant l'axe d et la valeur de commande de la tension suivant l'axe q en tenant compte de la tension
électromotrice de vitesse déterminée par le circuit de cal-
cul de la tension électromotrice de vitesse. Par conséquent la réduction de la puissance de sortie du moteur électrique peut être empêchée, réduction qui sinon peut se produire en raison de la tension électromotrice de vitesse, ce qui a pour effet que la sensation de braquage peut être améliorée
de façon supplémentaire.
Le dispositif de commande du moteur comporte en
outre de préférence un circuit (74) d'évaluation d'une ano-
malie pour évaluer si une anomalie apparaît ou non dans un système de commande sur la base du courant suivant l'axe d et du courant suivant l'axe q. délivrés par le circuit de transformation à courant alternatif triphasé/coordonnées d-q. Avec cet agencement, le circuit d'évaluation d'anomalies évalue si une anomalie apparaît ou non sur la base du courant suivant l'axe d et du courant suivant l'axe
q, délivrés par le circuit de transformation courant alter-
natif triphasé/coordonnées d-q. Etant donné que le courant
suivant l'axe d et le courant suivant l'axe q sont des cou-
rants continus, qui sont indépendants de l'angle de rota-
tion, le circuit d'évaluation d'une anomalie peut détecter le courant suivant l'axe d et le courant suivant l'axe q
indépendamment de l'angle du rotor, et évaluer si une ano-
malie est présente ou non sur la base du courant suivant l'axe d et du courant suivant l'axe q, ainsi obtenus. Par conséquent le procédé de détection d'une anomalie peut être simplifié sans qu'il soit nécessaire de prévoir un contrôle
constant de l'angle du rotor.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-
après prise en référence aux dessins annexés, sur les-
quels: - la figure 1 est un schéma-bloc illustrant la construction d'un système de direction assistée électrique selon une forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est un schéma-bloc permettant d'expliquer le fonctionnement et l'agencement d'un disposi- tif de commande (dispositif de commande du moteur); - la figure 3 est un schéma servant à expliquer un système de coordonnées d-q; et - la figure 4, dont il a déjà été fait mention, est un schéma-bloc illustrant l'agencement principal d'un
dispositif de commande de moteur pour un système de direc-
tion assistée classique.
La figure 1 est un schéma-bloc illustrant l'agencement électrique d'un système de direction assistée électrique selon une forme de réalisation de la présente
invention, avec une vue en coupe d'un mécanisme de direc-
tion. Le mécanisme de direction 1 comporte une crémaillère 11 disposée sur l'étendue en largeur d'un véhicule, un arbre 12 comportant une partie formant pignon prévue sur
l'extrémité distale de cet arbre et engrenant avec la cré-
maillère 11, à l'intérieur d'une boîte d'engrenages 17, des bras oscillants 13 raccordées de manière à pouvoir tourner à des extrémités opposées de la crémaillère 11, et des bras d'articulation 14 reliés de manière à pouvoir tourner aux extrémités des bras oscillants 13. Les bras d'articulation 14 sont montés de manière à pouvoir tourner autour de pivots de fusée 15, et des roues orientables 16 du véhicule
sont raccordées aux bras de manivelle 14.
Une partie proximale de l'arbre 12 pourvu d'un
pignon est raccordée à un arbre de direction par l'intermé-
diaire d'un joint universel, et un volant de direction est fixé à une extrémité de l'arbre de direction. Avec cet agencement, une rotation du volant de direction provoque le
déplacement de la crémaillère 11 sur son étendue en lon-
gueur de manière à faire tourner les bras d'articulation 14 autour des pivots de fusée 15, ce qui modifie l'orientation
des roues orientables 16 du véhicule.
Le système de direction assistée électrique 2 possède un moteur triphasé sans balais M prévu par exemple en association avec la partie médiane de la crémaillère 11. Le moteur M possède une carcasse 21 fixée au véhicule, un rotor 22 disposé autour de la crémaillère dans la carcasse
21, et un stator 23 entourant le rotor 22.
Un écrou à billes 31 est couplé à une extrémité du rotor 22. L'écrou à billes 31 engrène par vissage avec une tige filetée 32 prévue dans la partie médiane de la crémaillère 11 par l'intermédiaire d'une pluralité de billes. Par conséquent l'écrou à billes 31 et l'arbre fileté 32 constituent un mécanisme fileté à billes 30. Des paliers 33, 34 sont intercalés entre l'écrou à billes 31 et la carcasse 21 du moteur M, et un palier 35 est intercalé entre la carcasse 21 et l'autre extrémité du rotor 22. Avec cet agencement, un couple est appliqué au rotor 22 lorsque le moteur M est activé, et le couple appliqué est transmis
à l'écrou à billes 31 couplé au rotor 22. Le couple trans-
mis à l'écrou à billes 31 est converti en une force d'entraînement servant à déplacer la crémaillère 11 sur l'étendue en largeur du véhicule au moyen du mécanisme fileté à billes 30. Par conséquent le couple produit par le
moteur M est appliqué au mécanisme de direction 1.
Le moteur M est commandé par réaction par un dis-
positif de commande C. De façon plus spécifique, le dispo-
sitif de commande C reçoit un signal de sortie d'un circuit 41 de détection de courants du moteur qui sert à détecter
les courants électriques (courant iua de la phase U, cou-
rant iva de la phase V) qui circule dans le moteur M, et un signal de sortie d'un capteur 42 de la vitesse du véhicule servant à détecter une vitesse v du véhicule. En outre le dispositif de commande C reçoit un signal de sortie d'un
détecteur de couple 43 servant à détecter un couple de bra-
quage T par l'intermédiaire d'un circuit de compensation de phase 44. Le circuit de compensation de phase 44 sert à faire avancer la phase du signal de sortie du détecteur de
couple 43 pour assurer la stabilisation du système de com-
mande. Le dispositif de commande C reçoit en outre un signal de sortie d'un circuit 45 de détection d'angle du rotor pour déterminer un angle 0re du rotor sur la base d'un signal de sortie d'un résolveur R. L'angle Ore du rotor est un angle du rotor (champ magnétique) par rapport à la position d'une bobine d'induit de la phase U du moteur M. Le dispositif de commande C détermine une valeur de commande du courant pour le moteur M sur la base des signaux de sortie du capteur 42 de la vitesse du véhicule et du circuit de compensation de phase 44, et détermine la valeur de commande de la tension sur la base de la valeur de commande du courant et du signal de sortie du circuit 41 de détection de courants du moteur, pour appliquer la valeur de commande de la tension à un étage 50 de commande du moteur. Par conséquent une tension appropriée est appliquée au moteur M à partir de l'étage 50 de commande du moteur, ce qui a pour effet que le moteur M produit un couple nécessaire et suffisant pour l'assistance de braquage. La figure 2 est un schéma-bloc permettant d'expliquer le fonctionnement et l'agencement du dispositif de commande C. Le dispositif de commande C comprend un microprocesseur incluant par exemple une unité centrale
CPU, une mémoire RAM et une mémoire ROM. Des circuits fonc-
tionnels entourés par une ligne en trait mixte sur la figure 2 sont réalisés en amenant l'unité CPU à exécuter
des programmes mémorisés dans la mémoire ROM.
Le dispositif de commande C inclut une section 61 de calcul du courant de consigne pour calculer une valeur de consigne sur la base du signal de sortie V du capteur 42 de la vitesse du véhicule et du signal de sortie du circuit de compensation de phase 44. La valeur de courant de consigne délivrée par la section 61 de calcul du courant de consigne est envoyée à un additionneur 62 et à une section 63 d'évaluation de la direction du courant de commande. La section 63 d'évaluation de la direction du courant de commande évalue le signe de la valeur de courant de consigne introduite à partir de la section 61 de calcul du courant de consigne, et le résultat de l'évaluation est appliqué à une section 64 de correction de convergence. La valeur du courant de consigne possède un signe positif lorsqu'une force d'assistance pour une opération de braquage à droite (couple à droite) doit être produite par le moteur M, et possède un signe négatif lorsqu'une force d'assistance pour une opération de braquage à gauche (un couple à gauche) doit être produite par le moteur M. Le signal de sortie V du capteur 42 de la vitesse
du véhicule et un signal de sortie d'une section 65 de cal-
cul de la vitesse angulaire du rotor servant à calculer la vitesse angulaire Wre du rotor sur la base de l'angle ce du rotor détecté par le circuit 45 de détection de l'angle du rotor sont introduits dans la section de correction de convergence 64. Sur la base de ces signaux d'entrée, la section de correction de convergence 64 calcule une valeur de correction de convergence pour améliorer la convergence
du volant et applique la valeur de correction de conver-
gence à l'additionneur 62. L'additionneur 62 ajoute la valeur de correction de convergence introduite depuis la section de correction de convergence 64, à la valeur de courant de consigne introduite par la section 61 de calcul du courant de consigne de manière à délivrer une valeur de
commande du courant Ia* indicative de l'amplitude de cou-
rants électriques (courants électriques sinusoïdaux) devant être appliqués à la phase U, à la phase V et à la phase W du moteur M. La valeur Ia* de commande du courant délivrée par l'additionneur 62 est appliquée à une section 66 de calcul de la valeur de commande du courant suivant l'axe q. La section 66 de calcul de la valeur de commande du courant suivant l'axe q détermine la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q
sur la base de la valeur Ia* de commande du courant.
Le système de coordonnées d-q est un système de coordonnées orthogonales de rotation comportant un axe d et un axe q, qui peuvent tourner en synchronisme avec le rotor (aimant permanent) du moteur M. Comme cela est représenté sur la figure 3, l'axe d s'étend dans la direction d'un flux magnétique devant être produit par le rotor, et l'axe q s'étend dans la direction du couple devant être produit par le moteur M. Une matrice de transformation [c] servant à convertir les coordonnées du courant alternatif triphasé en les coordonnées d-q est la suivante: 2x 4
cosOre Cos aère.- Cose are-
2 3 3
[c] = -
3 2n 4n -sinOre -sin(Ore. ---> -sin(Ore)
3 3
f1) Si une valeur de commande du courant de la phase U, une valeur de commande du courant de la phase V et une valeur de commande du courant de la phase W, obtenues au moyen
d'un procédé de division triphasée de la valeur la* de com-
mande du courant sont désignées respectivement par iual, iva* et iwa*, la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d et la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q sont exprimées par l'équation suivante (2): ida*[iua* [ira* /a iqa*J iwa*J cosOze cos ez-e- ---)cos e....) A2 3 3 ' uaa
--sines_ -Sin- (_..... ---) -sin (_ ---)..
3 3... (2)
La valeur iua* de commande du courant de la phase U, la valeur iva* de commande du courant de la phase V et la valeur iwa* de commande du courant de la phase W sont exprimées respectivement par les équations suivantes (3),
(4) et (5).
iua*= Ia*sinOre... (3) 2x iva*= Ia*sin(Ore -) (4) 4x iwa* = Ia*sin(Sre -). .. (5) Ces équations (3), (4) et (5) sont introduites
dans l'équation (2), ceci étant suivi d'une simplification.
Alors, la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d et la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q sont exprimées par l'équation suivante (6): ida* 0 =d L... (6) iqa* IIa* L 2 Par conséquent, la section 66 de calcul de la valeur de commande du courant suivant l'axe q calcule la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q à partir de l'équation suivante (7): 3| iqa* = - (7Ia* La valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q calculée par la section 66 de calcul de la valeur de commande du courant suivant l'axe q est introduite dans le soustracteur 67q. Le soustracteur 67q reçoit également
un courant iqa suivant l'axe q obtenu au moyen de la trans-
formation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q du courant iua de la phase U et du courant iva de la phase V, détectées par le circuit 41 de détection du courant du
moteur. De façon plus spécifique, le circuit 41 de détec-
tion du courant du moteur inclut un circuit 41u de détec-
tion du courant de la phase U servant à détecter le courant iua de la phase U qui circule réellement dans la phase U du moteur M, et un circuit 41v de détection du courant de la phase V servant à détecter le courant iva de la phase V qui circule réellement dans la phase V du moteur M. Les signaux de sortie du courant du circuit 41u de détection du courant de la phase U et le circuit 41v de détection du courant de
la phase V sont introduits dans la section 68 de transfor-
mation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q, qui convertit le courant iua de la phase U et le courant iva de la phase V en des valeurs basées sur le système de coordon-
nées d-q conformément à l'équation (8) suivante: [Kodak =LC] |lual [C iva L qa*-iw 2s 4x cosOal cos(orea ---) cos(Ore- --) 2 3 3 iua* i ira*I 3= 2ir 47x [iwa*J
-siore -sin(re. ---3 -sin(re3 -.
3 3
(iwa = iua-iva est introduite dans cette équation, avec ensuite exécution d'une simplification) 2n -srindre..- -arfre
3
27c r iwa* -coS(are -... coOSare
3... (8)
Ensuite, la section 68 de transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q applique le courant iqf
suivant l'axe q obtenu au moyen de la transformation cou-
rant alternatif triphasé/coordonnées d-q au soustracteur 67q. Par conséquent le soustracteur 67q délivre un écart entre le courant iqa suivant l'axe q et la valeur iqa* de
commande du courant suivant l'axe q.
Comme on peut le comprendre à partir de l'équation ci-dessus (6), il est préférable de régler la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d à zéro indépendamment de la valeur Is* de commande du courant. Par conséquent, la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d est toujours réglée à zéro et la valeur "ida* = 0o"
de commande du courant suivant l'axe d est envoyée au sous-
tracteur 67d. Le courant ida suivant l'axe d obtenu au moyen de la transformation courant alternatif triphasé/ coordonnées d-q du courant iua de la phase U et du courant iva de la phase V conformément à l'équation (8) ci-dessus
au moyen de la section 68 de transformation courant alter-
natif triphasé/coordonnées d-q est envoyée au soustracteur 67d. C'est pourquoi le soustracteur 67d délivre un écart entre le courant ida suivant l'axe d et la valeur ida* de
commande du courant suivant l'axe d.
Les écarts délivrés par les soustracteurs 67d,
67q sont appliques respectivement à une section 69d de com-
mande à intégration proportionnelle (PI) du courant suivant l'axe d, et à une section 69q de commande à intégration proportionnelle du courant suivant l'axe q. Les sections de commande à intégration proportionnelle 69d, 69q exécutent un calcul à intégration proportionnelle sur la base des écarts introduits par les soustracteurs 67d, 67q pour déterminer une valeur de base VIda* de la tension suivant l'axe d et une valeur de base V'qa* de la tension suivant
1 'axe q.
On sait qu'une équation de circuit basée sur le système de coordonnées dq pour le moteur M est exprimée par l'équation suivante (9): F Vda 1 Ra + PLa 0reLa ida V 15(|reLa Ra+PLaJ iqa L t 0refa
Vda étant une tension suivant l'axe d, Vqa une tension sui-
vant l'axe q, Ra est la résistance de la bobine d'induit, P
est un opérateur différentiel (d/dt), La est l'auto-induc-
tance de la bobine d'induit et c)Ffa est le nombre maximum de flux d'interconnexion de la bobine d'induit dans le
système de coordonnées d-q.
En développant et en simplifiant l'équation (9),
on obtient les équations suivantes (10) et (11).
Vda = (Ra + PLa) ida - OreLaiqa... (10) Vqa = (Ra + PLa) iqa + wre(La Ida + Dfa)... (11) Le second terme "-(OreLaiqa" dans l'équation (10) et le second terme "T(Ore(Laida+Pfa)" dans l'équation (11) sont des tensions électromotrice de vitesse qui doivent être produites par le flux magnétique produit par le rotor et le flux magnétique produit par le courant circulant dans la bobine d'induit. Comme on peut le comprendre à partir
des équations (10) et (11) ci-dessus, les tensions électro-
motrices de vitesse "o-reLaiqa" et "ore(Laida+Dfa)"
influent sur la tension Vda suivant l'axe d et sur la ten-
sion Vq suivant l'axe q. Par conséquent, lorsque le moteur M est commandé sur la base de la valeur de base V'^* de la tension suivant l'axe d et de la valeur de base V'I * de la tension suivant l'axe q, le courant ida suivant l'axe d et le courant iqa suivant l'axe q obtenus au moyen de la transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q de la sortie du circuit 41 de détection du courant du moteur ne concorde pas de façon appropriée respectivement avec la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d
et la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q.
Dans cette forme de réalisation., une commande sans interférence est exécutée sur la base de la vitesse
angulaire Wre du rotor, délivrée par la section 65 de cal-
cul de la vitesse angulaire du rotor, et sur la base du courant ida suivant l'axe d et du courant iqa suivant l'axe q délivrés par la section 68 de transformation courant
alternatif triphasé/coordonnées d-q_ pour supprimer l'in-
fluence des tensions électromotrices de vitesse -La et "<re(Laida+]faa), De façon plus spécifique, la vitesse angulaire wre du rotor, qui est délivrée par la section 65 de calcul de la vitesse angulaire du rotor, et le courant ida suivant l'axe d et le courant iqa suivant l'axe q, délivrés par la
section 68 de transformation de courant alternatif tri-
phasé/coordonnées d-q, sont envoyés à une section de com-
mande sans interférence 70, qui à son tour calcule les ten-
sions électromotrices de vitesse "-ûreLaiqa" et "ore(Laida+DFfa)"- Les tensions électromotrices de vitesse
"(reLaiqaI et "(re(Laida+Dfa) I sont additionnées respecti-
vement à la valeur de base V'da* de la tension suivant l'axe d et à la valeur de base V'qa* de la tension suivant l'axe q par les additionneurs 71d et 71q, et les résultats du calcul sont utilisés respectivement en tant que valeurs Vda* de commande de la tension suivant l'axe d et valeurs
Vqa* de commande de la tension suivant l'axe q.
La valeur Vda* de commande de la tension suivant l'axe d et la valeur Vqa* de commande de la tension suivant
l'axe q sont introduites dans une section 72 de transforma-
tion coordonnées d-q/courant alternatif triphasé. La section 72 de transformation de coordonnées d-g/courant alternatif triphasé reçoit également l'angle ere du rotor détecté par le circuit 45 de détection de l'angle du rotor,
et convertit la valeur Vda* de commande de la tension sui-
vant lraxe d et la valeur Vqa* de commande de la tension suivant l'axe q en des valeurs de commande Vda*, Vqa* sur
la base du système de coordonnées à courant alternatif tri-
phasé en fonction de l'équation suivante (12). La valeur Vda* de commande de la tension de phase U résultante et la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V sont envoyées à une section 51 de modulation d'impulsions en durée triphasée prévue dans l'étage 50 de commande du moteur. FVva*l -3[Vda* Vua* =
cos(re -sinOre.
2t 21T 2 3 3 Vd 3 47T 41 _ Vda
cosOre(Ore- ---) -sin(Ore-..
3 ' 3... (12)
Cependant, une valeur Vwl* de commande de la ten-
sion de phase W n'est pas calculée au moyen de la section 72 de transformation coordonnées d-q/courant alternatif triphasé, mais est calculée par une section 73 de calcul de la valeur de commande de la tension de la phase W sur la base de la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et de la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V, calculées par la section 72 de transformation coordonnées dq/courant alternatif triphasé. De façon plus spécifique, lorsque la section 71 de calcul de la valeur de commande de la tension de la phase W reçoit la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V à partir de la section 72 de transformation coordonnées d-q/courant alternatif triphasé et détermine la valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W par soustraction de la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et de la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V, de zéro.
Une raison, pour laquelle la valeur Vwa* de com-
mande de la tension de la phase W est calculée non pas par la section 72 de transformation coordonnées d-q/courant alternatif triphasé, mais par la section 73 de calcul de la valeur de commande de la tension de la phase W, est d'empêcher une surcharge de l'unité centrale CPU par le calcul correspondant à l'équation (12). C'est pourquoi, si
la vitesse de calcul de l'unité centrale CPU est suffisam-
ment élevée, la valeur Vwa* de commande de la valeur de la tension de la phase W peut être calculée par la section 72 de transformation coordonnées d-q/courant alternatif triphasé. Comme la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U et la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V, la valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W calculée par la section 73 de calcul de la valeur de commande de tension de la phase W est appliquée à la
section déphasée de modulation par impulsions par la sec-
tion MID triphasée 51. La section MID triphasée 51 produit
des signaux MID Su, Sv et Sw, qui correspondent respective-
ment à la valeur Vua* de commande de la tension de la phase U, à la valeur Vva* de commande de la tension de la phase V et à la valeur Vwa* de commande de la tension de la phase W, et les signaux MID produits Su, Sv, X sont envoyés à un
circuit de puissance 52. Par conséquent le circuit de puis-
sance 52 applique des tensions Vua, Vva et Vwa conformément aux signaux MID Su, Sv et Sw respectivement à la phase U, à la phase V et à la phase W du moteur M, ce qui a pour effet que le moteur M produit un couple requis pour l'assistance
de braquage.
Conformément à cette forme de réalisation, la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d et la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q sont déterminées sur la base de la valeur Ia* de commande du courant réglée conformément à
la vitesse V du véhicule, au couple de braquage T et ana-
logue, et le moteur M est commandé sur la base de la valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d et de la valeur
iqa* de commande du courant suivant l'axe q, ainsi détermi-
* nées. La valeur ida* de commande du courant suivant l'axe d et la valeur iqa* de commande du courant suivant l'axe q sont indépendantes de l'angle Ore du rotor, comme on peut le comprendre à partir de l'équation (6) cidessus. C'est pourquoi il n'existe aucune possibilité que le couple de sortie du moteur M soit réduit en raison d'un décalage de phase entre la valeur de commande du courant et le courant électrique traversant réellement le moteur M, contrairement au dispositif de commande classique adapté pour commander le moteur M sur la base de la valeur de commande du courant
dans le système de coordonnées à courant alternatif tri-
phasé. C'est pourquoi la capacité de réponse de l'assis-
tance au braquage et la convergence du volant de direction peuvent être améliorées, ce qui introduit une amélioration
drastique de la sensation de braquage par rapport au dispo-
sitif de commande classique.
Conformément à cette forme de réalisation, la tension électromotrice de vitesse produite dans le moteur M par le flux magnétique produit par le rotor et par le flux magnétique produit par le courant électrique circulant la bobine d'induit est calculé, et la valeur Vda* de commande de la tension suivant l'axe d et la valeur Vqa* de commande de la tension suivant l'axe q sont déterminées en tenant
compte de la tension électromotrice de vitesse ainsi calcu-
lée (commande sans interférence). De ce fait il est pos- sible d'empêcher la réduction de la puissance de sortie au
moteur M, qui sinon peut se produire en raison de la ten-
sion électromotrice de vitesse, ce qui permet d'améliorer
de façon supplémentaire la sensation de braquage.
Dans cette forme de réalisation, le dispositif de commande du moteur comprend en outre une section 74 d'évaluation d'une anomalie servant à déterminer si une
quelconque anomalie telle qu'un décalage se produit ou non.
La section 74 d'évaluation de l'anomalie est adaptée pour déterminer si une anomalie quelconque apparaît ou non sur la base du courant ida suivant l'axe d et du courant 1qa
suivant l'axe q, délivrés par la section 68 de transforma-
tion courant alternatif triphasé/d-q. Pourvu que le courant
iua de la phase U, le courant iva de la phase V et le cou-
rant iwa de la phase W aient une amplitude la, le courant ida suivant l'axe d et le courant iqa suivant l'axe q sont exprimés par les expressions suivantes (13), qui indiquent
que le courant ida suivant l'axe d et le courant iqa sui-
vant l'axe q sont indépendants de l'angle ere du rotor.
C'est pourquoi la section 74 d'évaluation d'une anomalie détermine le courant ida suivant l'axe d et le courant qa suivant l'axe q indépendamment de l'angle Se du rotor, et détermine si une quelconque anomalie est présente ou non sur la base du courant ida suivant l'axe d et du courant qa suivant l'axe q. En outre, il n'est pas nécessaire de
calculer la valeur effective du courant électrique circu-
lant dans le moteur M. I da
3... (13)
iqa - - a* Bien que l'on ait ainsi décrit une forme de réa- lisation de la présente invention, l'invention peut être mise en oeuvre d'autres manières. La forme de réalisation mentionnée précédemment utilise la commande à intégration proportionnelle, mais on peut utiliser une commande PID (à action proportionnelle, intégrale et différentielle) à la
place de la commande à intégration proportionnelle.
Bien que la présente invention ait été décrite de façon détaillée sur la base de sa forme de réalisation, on
comprendra que la description précédente est donnée unique-
ment à titre d'illustration des principes techniques de la présente invention, sans aucun caractère limitatif pour l'invention.
Claims (7)
1. Dispositif de commande de moteur pour un sys-
tème de direction assistée électrique qui exécute une opé-
ration d'assistance de braquage par application d'un couple produit par un moteur électrique (M) à un mécanisme de direction (1), le dispositif de commande de moteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (61,62) de réglage de la valeur de commande du courant pour régler une valeur de commande du courant (ia*) indicative d'un courant électrique devant être appliqué au moteur électrique (M);
des moyens (66) de réglage d'une valeur de com-
mande suivant des axes d-q pour régler une valeur (ida*) de commande de courant suivant l'axe d et une valeur (iqa*) de commande du courant suivant l'axe q dans un système de coordonnées d-q sur la base de la valeur de commande du courant (ia*) réglé par les moyens (61,62) de réglage de la valeur de commande du courant; et des moyens de commande de tension (69d,71d,69q, 71q) pour commander une tension devant être appliquée au moteur électrique (M) sur la base de la valeur de commande de courant suivant l'axe d (ia*) et de la valeur de commande de courant suivant l'axe q (iqa*), réglées par les moyens (66) de réglage de la valeur de commande suivant les
axes d-q.
2. Dispositif de commande de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: des moyens de détection de courants (41, 41u,41v) pour détecter des courants alternatifs triphasés circulant réellement dans le moteur électrique (M); et
des moyens (68) de transformation courant alter-
natif triphasé/coordonnées d-q pour convertir les courants alternatifs triphasés détectés par les moyens de détection de courant (41,41u,41v) en un courant (da) suivant l'axe d
et en un courant (iqa) sur l'axe q dans le système de coor-
données d-q.
3. Dispositif de commande de moteur selon la
revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de com-
mande de tension commandent par réaction la tension appli- quée au moteur électrique (M) sur la base de la valeur de commande (ida*) du courant suivant l'axe d et de la valeur de commande (iqa*) du courant suivant l'axe q, réglées par les moyens (66) de réglage de la valeur de commande suivant les axes d-q, et le courant (ida) suivant l'axe d et le courant (iqa) suivant l'axe q, délivrés par les moyens (68) de transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q.
4. Dispositif de commande de moteur selon l'une
ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que
les moyens de commande de tension comprennent: des moyens (67d) de calcul de déviation suivant
l'axe d pour déterminer une déviation du courant (Ia) sui-
vant l'axe d, délivré par les moyens (68) de transformation courant alternatif triphasé/coordonnées d-q par rapport à la valeur de commande (ida*) du courant suivant l'axe d,
réglée par les moyens (66) de réglage des valeurs de com-
mande suivant les coordonnées d-q; des moyens (69d,71d) de réglage de la valeur de commande de la tension suivant l'axe d pour régler une valeur de commande (Vda*) de la tension suivant l'axe d dans le système de coordonnées d-q, sur la base de la déviation déterminée par les moyens (64d) de calcul de la déviation suivant l'axe d;
des moyens (67q) de calcul de la déviation sui-
vant l'axe q pour déterminer une déviation du courant (iqa)
suivant l'axe q, délivré par les moyens (68) de transforma-
tion courant alternatif triphasé/coordonnées d-q par rapport à la valeur de commande (iqa*) du courant suivant l'axe q, réglée par les moyens (66) de réglage des valeurs de commande suivant les coordonnées d-q; et des moyens (69q,71q) de réglage des valeurs de commande de la tension suivant l'axe q pour régler une valeur de commande (Vqa*) de la valeur suivant l'axe q dans le système de coordonnées d-q sur la base de l'écart déterminé par les moyens (67q) de calcul de la déviation suivant
l'axe q.
5. Dispositif de commande de moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (70) de calcul de la tension électromotrice de vitesse pour déterminer la tension électromotrice de vitesse apparaissant dans le moteur électrique (M), les moyens (69d-71d) de réglage de la valeur de commande de la tension suivant l'axe d et les moyens (69q,71q) de réglage de commande de la valeur de commande de la tension suivant l'axe q déterminant la valeur de commande de la tension
suivant l'axe d et la valeur de commande de la tension sui-
vant l'axe q en tenant compte de la tension électromotrice de vitesse déterminée par les moyens (70) de calcul de la
tension électromotrice de vitesse.
6. Dispositif de commande de moteur selon l'une
quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce
qu'il comporte en outre des moyens (74) d'évaluation d'une anomalie pour évaluer si une anomalie apparaît ou non dans un système de commande sur la base du courant (ida) suivant l'axe d et du courant (iqa) suivant l'axe q, délivrés par
les moyens (68) de transformation courant alternatif tri-
phasé/coordonnées d-q.
7. Système de direction assistée électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif de commande de moteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6; et
un moteur électrique (M) qui est entraîné et est commandé par le dispositif de commande de moteur pour appliquer une force d'assistance de braquage à un mécanisme
de direction (1) d'un véhicule.
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|---|---|
| US20010005121A1 (en) | 2001-06-28 |
| JP4154101B2 (ja) | 2008-09-24 |
| FR2804076B1 (fr) | 2004-07-16 |
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| US6504336B2 (en) | 2003-01-07 |
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