FR3011397A1 - Systeme et procede de commande d'un moteur electrique d'un vehicule automobile pour la detection de defauts electriques. - Google Patents

Abstract

Système de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile alimenté par un onduleur triphasé. Le système comprend un moyen de détermination (1) des périodes de surveillance apte à déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur, puis, un moyen de calcul (2) des extrema de courants apte à déterminer les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique, et un moyen de détection (3) de défauts apte à détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants.

Description

Système et procédé de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile pour la détection de défauts électriques.

L'invention a pour domaine technique la commande d'un moteur électrique pour véhicule automobile, et plus particulièrement la sécurité de fonctionnement d'un tel moteur. Pour assurer la sécurité de conduite, il est nécessaire de surveiller que l'onduleur est bien connecté à la machine électrique et la pilote en accord avec le couple demandé par le conducteur. De l'état de la technique, on connaît les documents suivants. Le document WO-9948194 divulgue un dispositif permettant de réaliser des tests de résistance, d'inductance et/ou d'isolation du moteur.

Le document US-2006-0056206 divulgue un circuit de détection de défaut de l'onduleur. Le circuit vérifie la tension en sortie de l'onduleur par rapport à la tension d'alimentation. Il existe donc un besoin pour une détection de plusieurs types de défauts physiques de l'onduleur, et notamment pour une telle détection lors du fonctionnement du moteur. Il existe également un besoin pour une simplification et une réduction de coût des systèmes et procédés existants. Un objet de l'invention est un procédé de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile alimenté sur plusieurs phases électriques par un onduleur triphasé. Le procédé comprend les étapes suivantes : on détermine des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur, puis, pendant des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, on détermine les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique, et pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases n'est pas réalisée, on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants. Pour déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, on peut vérifier pour chaque angle particulier si la requête de couple du conducteur est supérieure à un seuil. Les angles particuliers peuvent être égaux à 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°. On peut détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique lorsque le maximum et le minimum du courant de la phase sont inférieurs en valeur absolue à un seuil de courant. On peut détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'un transistor de l'onduleur triphasé lorsque le maximum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant ou lorsque le minimum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant. Un autre objet de l'invention est un système de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile alimenté par un onduleur triphasé. Le système comprend un moyen de détermination des périodes de surveillance apte à déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur, un moyen de calcul des extrema de courants apte à déterminer les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique, et un moyen de détection de défauts apte à détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants.

Le moyen de détermination des périodes de surveillance peut émettre un signal activant le moyen de calcul des extrema de courants et désactivant le moyen de détection de défauts lors de périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, et le moyen de détermination des périodes de surveillance peut émettre un signal désactivant le moyen de calcul des extrema de courants et activant le moyen de détection de défauts lors des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases n'est pas réalisée. Pour déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, le moyen de détermination des périodes de surveillance peut déterminer pour chaque angle particulier si la requête de couple du conducteur est supérieure à un seuil. Les angles particuliers peuvent être égaux à 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°. Le moyen de détection de défauts peut émettre un signal de détection de défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique lorsque le maximum et le minimum du courant de la phase sont inférieurs en valeur absolue à un seuil de courant.

Le moyen de détection de défauts peut émettre un signal de détection de défauts de type « circuit ouvert » d'un transistor de l'onduleur triphasé lorsque le maximum d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant ou lorsque le minimum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant. Le procédé et le système présentent l'avantage de ne pas nécessiter de composants supplémentaires par rapport à l'état de l'art, car les capteurs requis sont déjà présents dans les véhicules commercialisés actuellement. Le cout de déploiement de l'invention réside uniquement dans l'implémentation du procédé dans les véhicules. Un autre avantage de l'invention réside dans la surveillance en continu pendant le fonctionnement du moteur sans qu'une phase d'arrêt soit nécessaire. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments du système de commande selon l'invention, et - la figure 2 illustre les principales étapes du procédé de commande selon l'invention, Sur la figure 1, on peut voir que le système de commande selon l'invention d'un moteur électrique de type machine triphasée d'un véhicule automobile, comprend un moyen de détermination 1 des périodes de surveillance connecté en sortie à un moyen de calcul 2 des extrema de courants et à un moyen de détection 3 de défauts. Le moyen de détermination 1 des périodes de surveillance reçoit en entrée des signaux relatifs à une mesure de l'angle électrique du moteur theta elec et à une requête de couple Torque Request. L'angle électrique theta elec caractérise l'angle du rotor par rapport au stator défini par exemple en fonction de la variation des couplages entre le bobinage du rotor et le bobinage des différents pôles magnétiques du stator. Alternativement, le rotor peut être un rotor à aimants permanents. Afin de disposer d'une référence absolue, une position d'angle électrique nul est définie, et correspond par exemple à un alignement du rotor avec un pôle magnétique du stator. La requête de couple Torque Request traduit la volonté du conducteur d'accélérer ou de décélérer. Le moyen de détermination 1 des périodes de surveillance émet en sortie un signal booléen Calcul Min Max I ph qui prend la valeur 1 pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases est réalisée. Durant les autres périodes de temps, le signal booléen Calcul Min Max I ph prend la valeur 0. Pour pouvoir vérifier la cohérence des courants circulant dans les phases de la machine, il faut s'assurer que chacun de ces courants a bien atteint un minimum et un maximum. Cela ne peut, donc, être fait que lorsqu'un tour complet électrique a été réalisé avec une consigne de couple non-nul. L'élaboration du signal booléen Calcul Min Max I ph débute par une étape au cours de laquelle on détecte qu'une requête de couple Torque Request non nulle est appliquée. Pour cela, on compare la requête de couple Torque Request à un seuil Seuil Tq, typiquement égal à 3Nm. Ensuite, l'élaboration du signal booléen Calcul Min Max I ph comprend une étape au cours de laquelle on détermine si la position du rotor theta elec est bien passée par les différents angles correspondants au minimum et maximum des courants sur chacune des phases d'alimentation électrique. Pour une machine à trois phases d'alimentation, les courants présentent une allure sinusoïdale. Il existe donc six positions caractéristiques où un courant circulant dans l'une des trois phases d'alimentation électrique passe par un maximum ou un minimum. Ces positions sont régulièrement réparties sur une révolution complète du rotor. Les maximum et minimum apparaissent donc pour les positions du rotor espacées de 60° et comprises entre 0° et 360°. Plus précisément, les positions de minimum ou de maximum correspondent aux angles 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°. Un tour électrique du rotor sera donc détecté lorsque la position theta elec sera passée, sous couple, par les angles 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°.

Les deux étapes décrites ci-dessus sont réalisées de manière pratique de la façon suivante. Par défaut, le moyen de détermination 1 des périodes de surveillance émet en sortie le signal booléen Calcul Min Max I ph prenant la valeur 1. Le moyen de détermination 1 des périodes de surveillance émet en sortie le signal booléen Calcul Min Max I ph prenant la valeur 0, sur un pas de calcul, par exemple 1001.1s, lorsque toutes les conditions suivantes sont réalisées : A ET B ET C ET D ET E ET F (Eq. 1) Avec A = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 0°)] B = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 60°)] C = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 120°)] D = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 180°)] E = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 240°)] F = [(Torque Request > Seuil Tq) ET (theta elec 300°)] Le passage à 0 de Calcul Min Max I ph assure donc que le rotor est passé par tous les points caractéristiques (0°, 60°, 300°) avec un couple non nul. On déduit donc de cette valeur, que tous les courants sont passés par un maximum et un minimum non-nul et qu'il n'y a donc pas eu de défaut. Ces conditions de détection de couple (seuil, angle électrique parcouru) sont essentielles.

Dans la suite de la description, on appellera une telle rotation à couple non nul un « tour électrique sous couple ». Le moyen de calcul 2 des extrema de courants permet de calculer les valeurs maximum et minimum des courants circulant dans chacune des trois phases d'alimentation électrique, pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases est réalisée. Le moyen de calcul 2 des extrema de courants reçoit en entrée une mesure du courant qui circule dans la phase 1, notée I mot ph 1, une mesure du courant qui circule dans la phase 2, notée I mot ph 2, une mesure du courant qui circule dans la phase 3, notée I mot ph 3 et le signal booléen Calcul Min Max I ph émis en sortie du moyen de détermination 1 des périodes de surveillance décrit ci-dessus. Le moyen de calcul 2 des extrema de courants émet en sortie une valeur maximale I mot ph 1 max et une valeur minimale I mot ph 1 min du courant de la phase 1, une valeur maximale I mot ph 2 max et une valeur minimale I mot ph 2 min du courant de la phase 2, une valeur maximale I mot ph 3 max et une valeur minimale I mot ph 3 min du courant de la phase 3.

La valeur maximale I mot ph 1 max est égale au maximum du courant de la phase 1 (I mot ph 1) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1. La valeur minimale I mot ph 1 min est égale au minimum du courant de la phase 1 (I mot ph 1) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1. La valeur maximale I mot ph 2 max est égale au maximum du courant de la phase 2 (I mot ph 2) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1. La valeur minimale I mot ph 2 min est égale au minimum du courant de la phase 2 (I mot ph 2) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1. La valeur maximale I mot ph 3 max est égale au maximum du courant de la phase 3 (I mot ph 3) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1.

La valeur minimale I mot ph 3 min est égale au minimum du courant de la phase 3 (I mot ph 3) pendant la dernière période où le signal booléen Calcul Min Max I ph a pris la valeur 1. Pour déterminer ces valeurs maximales, on compare la valeur maximale mémorisée à la valeur instantanée à un instant donné. Si la valeur maximale est inférieure à la valeur instantanée, on mémorise comme nouvelle valeur maximale la valeur instantanée. De même, pour déterminer les valeurs minimales, on compare la valeur minimale mémorisée à la valeur instantanée à un instant donné. Si la valeur minimale est supérieure à la valeur instantanée, on mémorise comme nouvelle valeur minimale la valeur instantanée. La mémorisation a lieu entre le moment où le signal booléen Calcul Min Max I ph passe de la valeur 0 à la valeur 1 jusqu'au moment où le signal booléen Calcul Min Max I ph passe de la valeur 1 à la valeur O.

Le moyen de détection 3 de défauts permet de détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase ou d'un IGBT de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales reçues du moyen de calcul 2 des extrema de courants.

Le moyen de détection 3 de défauts reçoit en entrée la valeur maximale I mot ph 1 max, la valeur minimale I mot ph 1 min, la valeur maximale I mot ph 2 max, la valeur minimale I mot ph 2 min, la valeur maximale I mot ph 3 max et la valeur minimale I mot ph 3 min émises en sortie du moyen de calcul 2 des extrema de courants. Le moyen de détection 3 de défauts émet en sortie un signal Phl CO de circuit ouvert, un signal Ph2 CO de circuit ouvert, un signal Ph3 CO de circuit ouvert et un signal Igbt ph CO de circuit ouvert.

Les défauts sont détectés uniquement lorsque le signal Calcul min max I ph vaut 0, c'est-à-dire pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases ne peut pas être réalisée. D'après la description du moyen de calcul 2 des extrema de courants, il apparaît que les valeurs minimales et maximales des courants des phases d'alimentation sont disponibles pendant les périodes de temps durant lesquelles le signal Calcul min max I ph vaut O. Ces défauts sont détectés si, « après un tour électrique sous couple », le maximum et/ou le minimum du courant d'une des phases est proche de zéro, de préférence inférieur en valeur absolue à un seuil de courant noté seuil courant nul, par exemple 8A. Le signal Phi CO de circuit ouvert au niveau de la phase 1 prend la valeur 1 lorsque l'on détecte que le circuit est ouvert à cause d'une défaillance. Tel est le cas lorsque les conditions suivantes sont réunies : Calcul min max I ph=0 ET (I mot ph 1 max<seuil courant nul) ET (Eq. 2) (II mot ph 1 minl<seuil courant nul) Le signal Ph2 CO de circuit ouvert au niveau de la phase 2 prend la valeur 1 lorsque l'on détecte que le circuit est ouvert à cause d'une défaillance. Tel est le cas lorsque les conditions suivantes sont réunies : Calcul min max I ph=0 ET (I mot ph 2 max<seuil courant nul) ET (Eq. 3) (II mot ph 2 minl<seuil courant nul) Le signal Ph3 CO de circuit ouvert au niveau de la phase 3 prend la valeur 1 lorsque l'on détecte que le circuit est ouvert à cause d'une défaillance. Tel est le cas lorsque les conditions suivantes sont réunies : Calcul min max I ph=0 ET (I mot ph 3 max<seuil courant nul) ET (Eq. 4) (II mot ph 3 minl<seuil courant nul) En d'autres termes, les défauts de circuit ouvert au niveau des phases sont détectés si, « après un tour électrique sous couple », aucun courant ne circule dans la phase correspondant au défaut. Ces défauts correspondent par exemple à un problème de connexion ou de rupture d'une phase de la machine électrique. Le signal Igbt ph CO de circuit ouvert d'un IGBT de l'onduleur triphasé prend la valeur 1 lorsque l'on détecte que le circuit est ouvert à cause d'une défaillance. Tel est le cas lorsque les conditions suivantes sont réunies : G ET [(Hl XOR H2) OU (I1 XOR 12) OU (J1 XOR J2)] (Eq. 5) Avec G = Calcul min max I ph=0 H1 = (I mot ph 1 max<seuil courant nul) H2 = (II mot ph 1 minl<seuil courant nul) Il= (I mot ph 2 max<seuil courant nul) 12= (II mot ph 2 minl<seuil courant nul) J1= (I mot ph 3 max<seuil courant nul) J2= (II mot ph 3 minl<seuil courant nul) Ce défaut correspond à un disfonctionnement d'un IGBT de l'onduleur de traction. Il diffère des défauts relatifs aux phases de par la prise en compte d'une valeur proche de zéro du minimum ou du maximum, le courant ne pouvant pas circuler dans les deux sens sur le bras de l'onduleur correspondant à l'IGBT défaillant. Sur la figure 2, on peut voir que le procédé de commande débute par une étape 4 au cours de laquelle on détermine les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur. Pour cela, on applique l'ensemble de conditions (Eq. 1) décrit ci-dessus. L'ensemble de conditions permet de déterminer la valeur du booléen Calcul Min Max I ph. Celui-ci prend la valeur 1 pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases est réalisée. Durant les autres périodes de temps, le signal booléen Calcul Min Max I ph prend la valeur 0. Lorsque le booléen Calcul Min Max I ph prend la valeur 1, le procédé se poursuit à l'étape 5, au cours de laquelle on détermine les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique. Lorsque le booléen Calcul Min Max I ph prend la valeur 0, le procédé se poursuit à l'étape 6, au cours de laquelle on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants. En particulier, on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique lorsque le maximum et le minimum du courant de la phase est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant. Pour cela, on applique l'ensemble de conditions (Eq. 2) décrit ci-dessus au cours d'une étape 6a afin de déterminer un défaut de la première phase. Si tel est le cas, le procédé se termine par l'émission d'un signal d'erreur. On applique l'ensemble de conditions (Eq. 3) décrit ci-dessus au cours d'une étape 6b afin de déterminer un défaut de la deuxième phase. Si tel est le cas, le procédé se termine par l'émission d'un signal d'erreur. On applique l'ensemble de conditions (Eq. 4) décrit ci-dessus au cours d'une étape 6c afin de déterminer un défaut de la troisième phase. Si tel est le cas, le procédé se termine par l'émission d'un signal d'erreur. On détecte également les défauts de type « circuit ouvert » d'un transistor de l'onduleur triphasé lorsque le maximum ou le minimum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant. Pour cela, on applique l'ensemble de conditions (Eq. 5) décrit ci-dessus au cours d'une étape 6d afin de déterminer un défaut de l'onduleur. Si tel est le cas, le procédé se termine par l'émission d'un signal d'erreur.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile alimenté sur plusieurs phases électriques par un onduleur triphasé, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : on détermine des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur, puis, pendant des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, on détermine les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique, et pendant les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases n'est pas réalisée, on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, on vérifie pour chaque angle particulier si la requête de couple du conducteur est supérieure à un seuil.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les angles particuliers sont égaux à 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique lorsque le maximum et le minimum du courant de la phase sont inférieurs en valeur absolue à un seuil de courant.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détecte les défauts de type « circuit ouvert » d'un transistor de l'onduleur triphasé lorsque le maximum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil decourant ou lorsque le minimum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant.
6. 6. Système de commande d'un moteur électrique d'un véhicule automobile alimenté par un onduleur triphasé, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détermination (1) des périodes de surveillance apte à déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée en fonction d'une mesure de l'angle électrique du moteur et de la requête de couple du conducteur, un moyen de calcul (2) des extrema de courants apte à déterminer les valeurs maximales et minimales des mesures de chaque courant provenant de l'onduleur triphasé et alimentant les phases du moteur électrique, et un moyen de détection (3) de défauts apte à détecter les défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique ou d'un transistor de l'onduleur triphasé en fonction des valeurs minimales et maximales des courants.
7. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel, le moyen de détermination (1) des périodes de surveillance émet un signal activant le moyen de calcul (2) des extrema de courants et désactivant le moyen de détection (3) de défauts lors de périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, et le moyen de détermination (1) des périodes de surveillance émet un signal désactivant le moyen de calcul (2) des extrema de courants et activant le moyen de détection (3) de défauts lors des périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases n'est pas réalisée.
8. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel, pour déterminer les périodes de temps durant lesquelles la surveillance des courants des phases peut être réalisée, le moyen de détermination (1) des périodes de surveillance détermine pour chaque angle particulier si la requête de couple du conducteur est supérieure à un seuil.
9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel les angles particuliers sont égaux à 0°, 60°, 120°, 180°, 240° et 300°.
10. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le moyen de détection (3) de défauts émet un signal de détection de défauts de type « circuit ouvert » d'une phase du moteur électrique lorsque le maximum et le minimum du courant de la phase sont inférieurs en valeur absolue à un seuil de courant.
11. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le moyen de détection (3) de défauts émet un signal de détection de défauts de type « circuit ouvert » d'un transistor de l'onduleur triphasé lorsque le maximum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant ou lorsque le minimum du courant d'une des phases est inférieur en valeur absolue à un seuil de courant.