FR3037455B1

FR3037455B1 - Determination de la courbe caracteristique d'un moteur a courant continu sans collecteur

Info

Publication number: FR3037455B1
Application number: FR1670294A
Authority: FR
Inventors: Simon Dierolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: ITUA20164145A1; DE102015210490A1; FR3037455A1; CN106357170B; CN106357170A

Abstract

Procédé consistant à commuter le moteur (10) avec un courant alternatif (20) généré avec un vecteur de tension de façon que l'organe de réglage (14) se déplace dans sa plage angulaire, déterminer l'angle (φe1) du moteur en se fondant sur le vecteur de tension, saisir l'angle (φs) de l'organe de réglage à l'aide du capteur (18) de l'organe (14), saisir la courbe caractéristique (22) donnant l'angle de réglage en fonction de l'angle (φe1). On fait tourner le moteur (10) dans une première puis une seconde direction opposée à la même vitesse, et au passage d'un angle de moteur (φe1) dans chaque direction, on saisit l'angle (φs) de l'organe de réglage.

Description

Domaine de l'invention

La présente invention se rapporte à un procédé pour déterminer la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique et la position d’un organe de réglage associé au moteur électrique, ce procédé consistant à commuter le moteur électrique avec un courant alternatif généré avec un vecteur de tension de façon que l’organe de réglage se déplace dans la plage angulaire de l’organe de réglage, déterminer l’angle (φει) du moteur en se fondant sur le vecteur de tension, saisir l’angle (cps) de l’organe de réglage à l’aide d'un capteur associé à l’organe de réglage, saisir la courbe caractéristique qui indique l’angle de réglage effectif en fonction de l’angle de moteur (φει). L’invention se rapporte également à une unité de commande mettant en œuvre un tel procédé.

Etat de la technique

Le volet ou clapet d’étranglement dans un moteur à combustion interne peut être entraîné par l’intermédiaire d’une transmission à l’aide d'un moteur électrique sans collecteur (par exemple un moteur dit « BLDC »). Pour la commutation du moteur avec un courant alternatif, il est avantageux de connaître la position angulaire du rapport car dans ce cas la régulation du moteur se fait selon une boucle fermée, ce qui se traduit par une économie d’énergie, mais pour ne pas intégrer de capteur de position distinct pour le rotor, pour gagner du poids et réduire le coût, on cherche également à déterminer de manière indirecte la position du rotor à l’aide du capteur de position associé au volet d’étranglement.

De façon générale, dans le cas d’un entraînement d’actionneur avec un moteur à courant continu sans collecteur qui ne comporte pas son propre capteur de la position du rotor ou autre capteur de tension / intensité pour déterminer la position du rotor, on peut commuter le moteur en se fondant sur l’information de position fournie par le capteur de position de l’organe de réglage entraîné par le moteur.

Pour cela, il faut connaître la relation mécanique cpM=f(<Ps) entre la position de l’organe de réglage cps et la position mécanique φΜ du rotor pour calculer position électrique du rotor φβι=Νρ*φΜ nécessaire à la commutation ; dans cette formule Np est le nombre de paires de pôles du moteur. On compense ainsi par exemple la démultiplication de la transmission et les éventuelles relations non linéaires entre le rotor du moteur et l’organe de réglage (par exemple l’information de position de l’organe de réglage).

Pour déterminer cette relation, on commande le moteur avec une commutation prédéterminée, de préférence avec des valeurs de vecteur d’intensité choisies très grandes (c’est-à-dire en mode de boucle ouverte) et on déplace dans une certaine position. On pourra alors enregistrer l’information de position correspondante du capteur de position de l’organe de réglage. Cela permettra ensuite avec l’information de position de capteur disponible à ce moment, d’utiliser de telles données et de calculer la position du rotor φβι=Νρ*φΜ pour une commutation en boucle fermée.

Le document DE 10 2010 063 326 Al décrit un système de générateur de position comportant un organe de réglage.

But de l'invention

La présente invention a pour but de permettre de déterminer avantageusement la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique et la position de l’organe de réglage associée au moteur électrique, par exemple sous la forme d’une courbe caractéristique pour déterminer de telles informations de manière précise et rapide.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l’invention a pour objet un procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’on fait tourner le moteur électrique tourne d’abord dans une première direction et ensuite dans la direction opposée de façon à parcourir à la même vitesse la plage de l’angle de réglage dans la première direction et dans la direction opposée, et au passage d’un angle de moteur dans la première direction et au passage de l’angle de moteur dans la direction opposée, on saisit chaque fois l’angle correspondant de l’organe de réglage et à partir de ces deux angles de l’organe de réglage, ainsi saisis, on calcule une valeur moyenne comme angle de réglage effectif.

En d’autres termes, l’invention a pour objet un procédé pour déterminer la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique et la position d’un organe de réglage associé au moteur élec trique. L’organe de réglage (il s’agit en général d’un actionneur) est couplé au moteur électrique par l’intermédiaire d’une transmission si bien que l’on peut avoir une relation non linéaire entre la position de rotor et la position de l’organe de réglage.

Le moteur électrique est un moteur à courant continu sans collecteur qui est commuté par l’intermédiaire d’un montage en pont avec un courant alternatif à plusieurs phases. L’organe de réglage est par exemple le volet d’étranglement ou la pédale d’accélérateur, active, d’un véhicule automobile.

Comme déjà indiqué, l’invention se rapporte à un procédé consistant à commuter le moteur électrique avec un courant alternatif généré avec un vecteur de tension pour que l’organe de réglage se déplace dans la plage angulaire de l’organe de réglage ; puis on détermine l’angle du moteur en se fondant sur le vecteur de tension et on saisit l’angle de l’organe de réglage à l’aide d’un capteur relié à celui-ci. Puis on saisit la courbe caractéristique indiquant l’angle effectif de l’organe de réglage en fonction de l’angle du moteur. La plage de l’angle de réglage peut être toute la plage de mouvement possible de la gamme de réglage (par exemple la plage complète comprise entre le point de butée de l’organe de réglage). Il est également possible que la plage de l’angle de l’organe de réglage ne corresponde qu’à une plage partielle (éventuellement plus petite) dans toute la plage de mouvement possible.

Selon le procédé on détermine d’abord l’angle du vecteur de tension et à partir de celui-ci, par exemple avec l’amplitude de la tension on définit un vecteur de tension et à partir de celui-ci, en appliquant la transformation de Clarke, on calcule une tension polyphasée. A partir de cette tension polyphasée on génère ensuite des signaux PWM (signaux de modulation de largeur d’impulsion MLI) pour le moteur électrique. Par le choix d’une amplitude de tension de niveau approprié, on fera fonctionner le moteur électrique sans régulation. L’angle du vecteur de tension varie ainsi pour déplacer l’organe de réglage relié mécaniquement au moteur, c’est-à-dire à son rotor.

Pendant le mouvement, à partir des angles calculés du vecteur de tension, on déduit l’angle du moteur (par exemple en appli quant une formule ou par une simple équation) et à partir des données des capteurs, on détermine l’angle de l’organe de réglage qui, avec les données du moteur donneront une courbe caractéristique. A partir de la courbe caractéristique, en fonction de l’angle du moteur (ou réciproquement), on peut alors déterminer l’angle effectif de l’organe de réglage, c’est-à-dire l’angle de l’organe de réglage qui tient par exemple compte des caractéristiques non linéaires de la transmission. L’angle du moteur peut être l’angle électrique ou l’angle mécanique du moteur. L’angle mécanique est la position angulaire du rotor alors que l’angle électrique se détermine en général en multipliant la position mécanique de l’angle du moteur par le nombre de paires polaires du moteur. L’angle d’organe de réglage et l’angle de moteur donnent des informations concernant la position de l’organe de réglage et la position du rotor. La courbe caractéristique obtenue représente ainsi la relation entre la position de l’organe de réglage et la position du rotor.

Selon le procédé, le moteur électrique sera commuté pour qu’il tourne tout d’abord dans une première direction puis dans la direction opposée de manière à parcourir la plage de l’angle de réglage dans la première direction et dans la direction opposée à la même vitesse et pendant le parcours de l’angle de moteur dans la première direction et pendant le parcours de l’angle de moteur dans la direction opposée on saisit chaque fois l’angle correspondant de l’organe de réglage et à partir des deux angles saisis de l’organe de réglage, on calcule une valeur moyenne comme angle effectif de l’organe de réglage.

Si la plage de l’angle de réglage correspond à une partie de la plage comprise entre les points de butée de l’organe de réglage, on peut également avoir plusieurs plages d’angle de l’organe de réglage dans toute la plage comprise entre les points de butée de l’organe de réglage. Dans chacune de ces différentes plages de l’angle de réglage, on pourra passer à la même vitesse dans la même direction et dans la direction opposée.

En formant la valeur moyenne (arithmétique) des angles saisis de l’organe de réglage et qui ont été saisis par le capteur de l’organe de réglage pour des mouvements en sens opposé, mais à la même vitesse, on élimine les effets d’hystérésis et les effets dépendants de la vitesse (tel que par exemple le frottement) pour établir la courbe caractéristique.

Selon un développement de l’invention on détermine l’angle effectif de l’organe de réglage et/ou l’angle de moteur pour au moins un point d’appui de la courbe caractéristique à partir d’un ensemble d’angles saisis de l’organe de réglage et/ou d’un ensemble d’angles de moteur, déterminés, et qui sont associés à un secteur entourant le point d’appui. La courbe caractéristique peut être divisée en plusieurs points d’appui. Par exemple, la courbe caractéristique peut se présenter sous la forme de paires comprenant un angle effectif de l’organe de réglage et un angle de moteur qui seront enregistrés et interpolés pour exploiter la courbe caractéristique.

En parcourant la plage de l’angle de l’organe de réglage, on collecte les angles d’organe de réglage et/ou les angles de moteur dans l’environnement de chaque point d’appui et ensuite en formant la valeur moyenne on comprime pour avoir une valeur pour chaque point d’appui.

Pour la formation de la valeur moyenne, l’ensemble des angles d’organe de réglage saisis et/ou l’ensemble des angles de moteur déterminés comportent des valeurs pour la première direction et pour la direction opposée. C’est ainsi que pour chaque point d’appui, comme décrit ci-dessus, on pourra filtrer les effets d’hystérésis et les effets dépendants de la vitesse. A titre d’exemple, on saisit un ensemble d’angles d’organe de réglage pour la rotation dans la première direction et un ensemble d’angles d’organe de réglage pour la rotation dans la seconde direction, dans un secteur entourant le point d’appui et on forme l’angle effectif de l’organe de réglage pour le point d’appui comme valeur moyenne de l’ensemble des angles de l’organe de réglage dans les deux directions. On procède de façon analogue pour l’angle de moteur utilisé pour le point d’appui. Selon un développement de l’invention, les secteurs pour les points d’appui ont des largeurs différentes. A chaque point d’appui on peut associer un secteur de la plage d’angle d’organe de rotation, parcouru, les secteurs couvrant complètement la plage parcourue d’angle de rotation. En fonction d’une éventuelle non linéarité de la courbe caractéristique, on aura des secteurs de largeur différente pour améliorer la précision de l’interpolation entre les points d’appui.

Selon un développement de l’invention, on choisit la largeur de secteur en fonction de la période de défaut conditionnée par le moteur électrique ; par exemple en fonction du nombre de pôles et/ou du nombre de rainures, le moteur électrique génère un défaut systématique qui varie périodiquement lorsqu’on parcourt la plage de l’angle de l’organe de réglage saisi. Cette périodicité de défaut peut se calculer à partir du nombre de pôles et du rapport de démultiplication éventuel de transmission. Si la largeur d’un secteur est un multiple de cette périodicité de défaut, en formant la valeur moyenne on élimine le défaut systématique.

Selon un développement de l’invention, on détermine l’angle de moteur à partir de l’angle du vecteur de tension en additionnant l’angle de décalage. Comme décrit ci-dessus, l’angle de vecteur de tension prédéfinit une tension pour le moteur et pour générer le courant alternatif. L’angle de moteur ne coïncide pas nécessairement avec l’angle du vecteur de tension. Principalement, le moteur tient compte de l’effet du couple de ressort sur le décalage entre la position du vecteur de tension et la position du rotor ainsi de l’inductance du moteur.

La différence (c’est-à-dire l’angle de décalage) peut toutefois se déterminer en s’appuyant sur le modèle mathématique du moteur électrique et/ou de l’organe de réglage à partir de la valeur de la tension et/ou de la vitesse du vecteur de tension. Pour cela, on peut utiliser une formule de calcul liant les grandeurs connues (telles que par exemple l’angle actuel du vecteur de tension, l’intensité actuelle et/ou la tension actuelle) pour obtenir ainsi l’angle de décalage.

Selon un développement, le modèle mathématique tient compte du couple du moteur électrique dépendant de la position angulaire. Un couple fonction de l’angle et/ou de la direction et que l’organe de réglage exerce sur le moteur électrique peut également s’utiliser pour déterminer l’angle de décalage. Par exemple, ce couple généré par le ressort de l’organe de réglage peut se déduire d’une autre caractéristique prévue par exemple pour le procédé.

Selon un développement de l’invention, on détermine de manière active la position angulaire d’un point de butée de l’organe de réglage. Pour cela, on constate que le point de butée se rapproche car la vitesse angulaire de l’angle de l’organe de réglage saisi par le capteur passe en-dessous d’un seuil et ensuite l’angle du vecteur de tension augmente jusqu’à ce que l’angle saisi de l’organe de réglage dépasse une valeur maximale et ensuite on fixe la valeur maximale comme position angulaire du point de butée. On peut déterminer le rapprochement du point de butée en ce que la vitesse angulaire de l’organe de réglage que l’on peut calculer à partir de l’angle de l’organe de réglage fourni par le capteur en procédant par différentiation, descend en-dessous d’une valeur prédéfinie. Cela résulte de ce que la butée oppose au couple du rotor, une résistance qui augmente de plus en plus.

Ensuite, on augmente l’angle du vecteur de tension jusqu’à ce que l’on dépasse une valeur maximale pour l’angle de l’organe de réglage. En augmentant de cette manière l’angle du vecteur de tension, le couple appliqué par le rotor sur l’organe de réglage augmente pour diminuer de nouveau de sorte que l’organe de réglage est ainsi pressé contre le point de butée avec des couples différents. On peut supposer que pour un couple maximum on atteint l’angle maximum de l’organe de réglage (par une petite déformation élastique) et que le point de butée se trouve à cet angle maximum de l’organe de réglage.

Selon un mode de réalisation de l’invention, on déplace l’organe de réglage d’un point de départ à un premier point de butée dans une première direction et du premier point de butée jusqu’à un second point de butée dans la direction opposée et à partir du second point de butée jusqu’au point de départ dans la première direction. Le point de départ est, par exemple, la position neutre de l’organe de réglage (telle que par exemple le point de ralenti du volet d’étranglement). A partir de là, on déplace l’organe de réglage dans une direction jusqu’à ce que le procédé détermine un premier point de butée. Puis, on déplace l’organe de réglage dans la direction opposée jusqu’à déterminer un second point de butée. Ensuite, l’organe de réglage est de nouveau déplacé en sens inverse vers le point de repos. Cela permet de déterminer la courbe caractéristique pour l’ensemble de la plage angulaire possible pour l’organe de réglage.

Selon un développement de l’invention, on fait tourner le moteur électrique dans une direction tout d’abord avec une première vitesse et ensuite avec une seconde vitesse. Cela permet de réduire les effets de l’inertie. Ces effets peuvent générer des défauts ou erreurs qui ne sont pas pris en compte dans le modèle mathématique de l’évaluation de l’angle de décalage. Ces effets sont réduits au minimum par une variation de la vitesse en forme de rampe.

Il est également possible de ralentir la vitesse de l’organe de réglage dans la plage dans laquelle on prévoit un point de butée.

Selon un autre développement, l’invention a pour objet une unité de commande pour appliquer le procédé tel que décrit ci-dessus. L’unité de commande comporte par exemple un processeur pour exécuter le procédé sous la forme d’un programme d’ordinateur. Le procédé peut être enregistré sur un support lisible par l’ordinateur tel qu’une mémoire EPROM dans l’unité de commande. L’unité de commande assure la régulation en se fondant sur la relation obtenue ou la courbe caractéristique liant le moteur électrique à l’aide des angles d’organe de réglage saisis. L’unité de commande comporte également un étage de puissance pour générer un courant alternatif (en général polyphasé) en se fondant sur des signaux PWM (signaux à modulation de largeur d’impulsion ou signaux MLI) à partir d’un courant continu.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de procédés pour déterminer la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique et la position de l’organe de réglage associé au moteur électrique, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre schématiquement un système composé d’un moteur électrique et d’un organe de réglage, la figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation d’une unité de commande selon l’invention, la figure 3 montre un diagramme représentant le mouvement selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la figure 4 montre un diagramme avec un profil de vitesse selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la figure 5 montre un diagramme avec une courbe caractéristique obtenue selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la figure 6 montre un diagramme avec les lignes des valeurs de mesure explicitant un mode de réalisation du procédé de l’invention, la figure 7 montre un diagramme avec une courbe caractéristique du couple appliqué selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la figure 8 montre un diagramme illustrant la recherche d’un point de butée selon un mode de réalisation de l’invention.

Description de modes de réalisation

Vue d’ensemble du système :

La figure 1 montre un système composé d’un moteur à courant continu sans collecteur 10 couplé par une transmission 12 à un organe de réglage 14. Le système est par exemple un dispositif de volet d’étranglement dans lequel un moteur BLDC 10 est relié par une transmission 12 ayant un rapport de démultiplication 20/1 à un volet d’étranglement constituant l’organe de réglage 14.

La figure 1 montre également les grandeurs qui seront utilisées ci-après : φβ) représentant l’angle électrique du moteur, <pm représentant l’angle mécanique du moteur et q>s représentant l’organe de réglage. On a la relation = Np* φΜ, dans laquelle Np représente le nombre de paires de pôles du moteur électrique 10. Le moteur BLDC 10 a par exemple un nombre de paires de pôles Np = 2. L’organe de réglage 14 a par exemple une course d’environ 90° de sorte qu’entre les deux butées mécaniques de l’organe de réglage 14, ce qui correspond à un mouvement de moteur de φΜ = 1800° ou un angle électrique de moteur φβι=Νρ*φΜ= 3600°. L’angle d’organe de réglage cps dépend normalement, selon une relation non linéaire, de l’angle cpei ou φΜ. On décrira ci-après un procédé permettant de déterminer la relation entre les grandeurs ci- dessus d’une unité de commande « en ligne » c’est-à-dire pendant le fonctionnement.

La figure 2 montre cette unité de commande 16 qui reçoit l’angle d’organe de réglage cps, actuel fourni par un capteur de position 18 associé à l’organe de réglage et génère un courant alternatif 20 de phases U, V, W pour faire tourner le moteur 10. Comme le moteur 10 est relié à l’organe de réglage 14 par la transmission 12, cela se répercute en général sur l’angle de l’organe de réglage <ps· Si, à partir de l’angle de l’organe de réglage cps saisi, actuel, on détermine l’angle électrique de moteur cpei, l’unité de commande 16 peut réguler le moteur 10, ce qui représente une économie d’énergie considérable.

On décrira ci-après comment l’unité de commande 16 détermine une courbe caractéristique 22 et à partir de laquelle, partant de l’angle d’organe de rotation <ps, saisi on détermine l’angle électrique de moteur φε, (et réciproquement).

Pour cela, l’unité de commande 16 assure la coordination (commande pratiquement) dans le bloc 24 (adaptation de base) l’orientation c’est-à-dire l’angle de vecteur de tension φν du vecteur de tension Ü(φν) ainsi que sa fréquence circulaire ou vitesse<pv. L’angle de vecteur de tension <pv souhaité est converti dans le bloc 26 avec une valeur paramétrable librement du vecteur de tension |t7j par la transformée de Clarke donnant la tension des phases du moteur.

En se fondant, par exemple sur la tension actuelle de la batterie qui représente la tension d’alimentation de l’étage de puissance 28, le bloc 26 pourra calculer trois rapports de travail PWM (rapport de modulation de largeur d’impulsion MLI) PWM1, PWM2, PWM3. Ces rap

ports sont transmis par l’étage de puissance 28 qui génère les courants des phases U, V, W au moteur 10.

Le moteur 10 varie selon son angle mécanique de moteur ΦΜ qui influence par la transmission 12, la position de l’organe de réglage 14 et ainsi l’angle de l’organe de réglage cps-

Pour déterminer la courbe caractéristique 22 dans le bloc 30 à partir de l’angle de l’organe de réglage <ps, actuel ainsi que d’autres grandeurs 32 du système qui sont décrites ci-après, on évalue l’angle de décalage que l’on additionne à l’angle de vecteur de tension <pv pour obtenir l’angle électrique de moteur φΒΐ évalué.

Les valeurs de l’angle électrique de moteur φΒΐ évalué et de l’angle de l’organe de réglage φε sont mises en relation et enregistrées dans la courbe de position de rotor 22. Les informations 9M=f(9s) enregistrées dans la caractéristique de position de rotor 22 (non fugitive) peuvent alors servir pour réguler la commutation du moteur 10.

Exécution du procédé

La figure 3 montre un diagramme dont l’axe horizontal représente le temps en secondes et l’axe vertical, l’angle électrique du moteur 10. Le diagramme montre comment le procédé modifie l’angle <pel pendant l’enregistrement de la courbe caractéristique.

La figure 4 montre un profil de vitesse, correspondant, c’est-à-dire un diagramme donnant sur l’axe horizontal, l’angle de l’organe de réglage φε (tension en volts fournie par le capteur 18) et dans la direction verticale la vitesse de rotor φν (en rad par seconde).

Les figures 3 et 4 montrent le point de départ 34 du mouvement ainsi qu’un premier point de butée supérieur 36 et un second point de butée inférieur 38 pour l’organe de réglage 14. Pendant l’enregistrement de la courbe caractéristique 22, on déplace l’organe de réglage 14 dans les deux directions et une fois de façon complète en partant du point de départ 36 vers le point de butée 38. Le mouvement commence par le point de départ 34 entre les points de butée 36 et 38. Par exemple, pour le point dit de ralenti du volet d’étranglement pour lequel le volet d’étranglement est par exemple ouvert d’un angle d’environ 8°, car le volet d’étranglement entraîné par le rotor lorsque le courant est coupé se déplace jusqu’à ce point 34.

On commande la suite du mouvement pour passer dans chaque position ou chaque angle de la plage possible des angles d’organe de réglage une première fois dans une première direction (par exemple dans le sens d’ouverture) une fois dans une seconde direction (par exemple dans le sens de la fermeture) à la même vitesse (elle est définie par la vitesse angulaire φν ).

Partant du point de départ 34 on augmente la vitesse jusqu’à une première valeur pour le déplacement de l’organe de réglage 14 jusqu’au premier point de butée 36. Dans la plage du point de butée 36 on réduit la vitesse à une seconde valeur. Puis, comme cela sera décrit, on détermine la position du point de butée 36. Ensuite on parcourt l’autre trajet, tout d’abord avec la seconde vitesse puis avec la première vitesse et à partir du point de départ 34 de nouveau avec la seconde vitesse. A la fin, on détermine également le second point de butée 38 et à la fin on revient au point de départ 34 avec la seconde vitesse.

Les deux figures 3 et 4 montrent que chaque position de la plage de l’angle de l’organe de réglage est parcourue une fois dans une direction et une fois dans l’autre direction et cela à la même vitesse. Pour une position électrique de rotor <pdk, déterminée, dont l’indice k correspond au point de détection, on détermine également dans le sens de l’ouverture et dans le sens de la fermeture. Puis, pour le point correspondant φΒ, k = f((pSk ) sur la courbe caractéristique de la position de rotor 22 on forme la moyenne arithmétique Vsjc^^s^d^+^Miefiendjc) et on l’enregistre de sorte que l’on compense implicitement les retards à la détection du signal de capteur et ainsi les erreurs de mesure. Si dans le sens de l’ouverture on enregistre provisoirement une valeur trop petite pour <ps<effi,enittk à cause de la détection discrète (non continue) dans le temps du signal de capteur et/ou à cause d’un filtre anticrénelage, on pourra ensuite corriger de nouveau le résultat <pSJ[ pour une valeur trop grande φ3^Μίΐβίηί,λ déterminée de manière symétrique à la même position (pelk.

Si l’on prend en compte les retards de détection (par exemple par un organe PDT1, (organe proportionnel différentiel du premier ordre / première temporisation) cela permet de compenser les éventuelles erreurs liées à la constante de temps et/ou à la temporisation.

Si on tient compte également de la composante de frottement dans l’enregistrement de la courbe caractéristique de position de rotor 22 par l’évaluation de l’angle de décalage A^dans le bloc 30, on réduit de la même manière cet angle de défaut par l’éventuel frottement (symétrique). L’enregistrement symétrique de la courbe caractéristique de position de rotor 22 avec la même vitesse dépendant de la position peut offrir les avantages suivants : les temporisations de détection non prises en compte par le programme ou les compensations de défaut en tenant compte des temporisations de détection sont compensées indépendamment de la vitesse de rotation <pv configurée actuellement. On réduit ainsi le défaut généré par la composante de frottement (symétrique) dans l’évaluation de l’angle de décalage à<pel. Répartition des secteurs de la courbe caractéristique et formation de la valeur moyenne :

La figure 5 montre un diagramme avec la courbe caractéristique 22 qui représente sur l’axe horizontal de façon analogue à la figure 4, l’angle de l’organe de réglage q>s et dans la direction verticale l’angle électrique de moteur φε1 La courbe caractéristique est tracée à partir d’un ensemble de points d’appui 40 qui correspondent chacun à une paire formée d’un angle électrique de moteur <pel et d’un angle d’organe de réglage cps, Les points d’appui peuvent être enregistrés dans la mémoire de l’unité de commande 16. Les valeurs entre les points d’appui s’obtiennent par interpolation. A chaque point d’appui 40 est associé un secteur 42 de la plage de l’angle de l’organe de réglage servant à calculer l’angle électrique de moteur φα et l’angle de l’organe de réglage φ3.

Les secteurs 42 sont également représentés à la figure 6 dont le diagramme donne sur l’axe horizontal, l’angle de l’organe de réglage <ps et dans la direction verticale, l’erreur de l’angle électrique de moteur <pel obtenu à partir de l’angle de l’organe de réglage φ5. L’erreur a été calculée par rapport à un angle de moteur mesuré qui a été obtenu directement sur l’arbre de moteur par un capteur de position de rotor, fixé à cet endroit. Normalement, ce capteur de position de rotor n’est pas prévu dans le système de la figure 1 et a été ajouté pour déterminer l’erreur.

Les lignes 44 représentent l’erreur de l’angle du vecteur de tension φν. La partie supérieure de la ligne 44 est celui du mouvement dans le sens direct alors que la partie inférieure de la ligne 44 correspond au retour. Il apparaît clairement qu’il y a une différence importante de plus de 40° entre le trajet dans le sens de l’ouverture (aller) et le trajet dans le sens de la fermeture (retour). Si la plage de déplacement de l’organe de réglage 14 n’était parcourue que dans une direction (par exemple dans le sens de l’ouverture c’est-à-dire sans former la valeur moyenne et sans évaluer l’angle de décalage) l’angle de moteur obtenu sera faussé d’environ 40°. En formant la valeur moyenne entre les deux parties de la ligne 44, on réduit ainsi l’erreur à moins de 20°.

Les lignes 46 représentent l’angle de moteur <pel, obtenu en tenant compte de l’angle de décalage sans le compenser en formant la valeur moyenne. Le segment supérieur de la ligne 46 correspond à l’aller alors que la partie inférieure de la ligne 46 correspond au retour. Les lignes 46 montrent un écart significatif par rapport à l’angle de moteur mesuré, d’environ 20°. Si on forme alors la valeur moyenne, on réduit l’écart à moins de 5° (ligne 48).

Pour déterminer l’angle de la valeur de réglage q>s et l’angle de moteur φΒΐ pour les points d’appui 40 on collecte en continu pendant le mouvement du moteur 10, les points de données φ8> et φθι> . L’indice k correspond à l’étape de ce calcul discret dans le temps, par exemple effectué par le microcontrôleur de l’unité de commande 16.

Au lieu d’enregistrer tous les échantillons saisis q>elJc = /(Pst) pour la courbe caractéristique 22 on enregistre uniquement les valeurs moyennes par secteur 42. Cela réduit considérablement la quantité de données enregistrées sans détériorer la précision de manière significative. L’angle de moteur ç^peut ensuite se calculer par interpolation entre les deux points d’appui voisins en se fondant sur

Pour la plage en-dessous du point de ralenti 34 et au-dessus de ce point 34 on paramètre des écarts différents entre les points d’appui, c’est-à-dire des largeurs différentes pour les secteurs 42, pour couvrir au mieux possible les non linéarités qui se produisent individuellement dans de telles zones, en réduisant au minimum la place de mémoire utilisée.

On peut définir les points d’appui 40 avec les valeurs moyennes de toutes les valeurs de tps k et φά k saisies dans le secteur 42 correspondant. On utilise notamment les valeurs pour les deux sens de mouvement. Les valeurs correspondant à un point d’appui 40 (à la référence N) s’obtiennent comme suit : (2) (3)

Ni est la valeur du premier échantillon et N2 est la valeur du dernier échantillon dans le secteur 42 ayant de numéro N. Les valeurs ^S-N et ^e‘-N déterminent ensemble des paires de valeurs des points d’appui 40 pour le secteur 42 de numéro N. L’angle de moteur entre les points d’appui voisins 40 se calcule par un procédé d’interpolation. Dans la plage marginale on peut calculer l’angle de moteur par un procédé d’extrapolation correspondant, fondé sur les points d’appui 40 tels qu’enregistrés.

Pour le choix de la largeur d’un secteur 42 il faut en principe arriver à un bon compromis entre la place de mémoire nécessaire et une bonne couverture de la non linéarité des capteurs / systèmes.

Mais il est également possible de définir la largeur d’un secteur 42 selon l’ondulation du moteur (erreur périodique générée par le moteur 10). Une ondulation de moteur telle qu’elle apparaît à la figure 6 existe jusqu’à un certain degré dans chaque moteur BLDC et en

traîne des écarts dans l’identification de la courbe caractéristique de la position de rotor 22. Si toutefois on définit la largeur du secteur 42 en fonction d’une unique période d’ondulation (ou d’un multiple entier de celle-ci) convertie, côté organe de réglage de la transmission, on élimine cette erreur. Il faut que la condition suivante soit remplie :

(4)

Dans cette formule : est l’erreur de secteur Δφβ,κρρίβΓ est l’ondulation et îg est le rapport de transmission. En définissant la courbe caractéristique 22 à partir des points d’appui 40 que l’on détermine dans les secteurs 42 on aura les avantages suivants : le procédé sera plus résistant vis-à-vis différents échantillons avec des erreurs de mesure et des composantes haute fréquence ou du bruit, en formant la formation de la moyenne appliquée de plusieurs échantillons. On trace la courbe caractéristique de position de rotor 22 en optimisant la mémoire pour une bonne couverture des non-linéarités de la courbe caractéristique des capteurs ou du système. De plus, par le choix de la largeur des secteurs en fonction de la période des ondulations, on compense l’effet des ondulations.

Evaluation de l’angle de décalage

Pour différentes raisons, en général il y a toujours une différence angulaire Aç?eZ = φν - <pel entre l’angle de vecteur de tension φν et l’angle électrique de moteur effectif <pel. Les causes sont, par exemple, le couple appliqué de manière permanente par le ressort de rappel dans l’organe d’actionnement 14 sur le moteur 10 (voir à cet effet également la figure 7), le couple moteur résultant du frottement ainsi que les effets inductifs et magnétiques du moteur 10.

En principe, on minimise cette différence angulaire ou angle de décalage Aç?eZpar le choix d’un vecteur de tension maximum

|Ü|. Mais ici la tension d’alimentation disponible et le courant maximum de moteur / étage de puissance, imposent des limites. L’erreur qui subsiste Δφα peut toutefois s’évaluer par le modèle de moteur inverse, en ligne ; ainsi on pourra calculer plus précisément l’angle électrique de moteur, prévisible, φε1 -φν- άφΒΐ. Il est également possible de calculer les données et d’enregistrer le champ de caractéristiques pour la position et la vitesse.

Le calcul de l’angle de décalage &<pel est fondé sur un modèle de moteur inverse simplifié qui se calcule comme suit :

Equations de tension : (5) (6)

En supprimant les termes qui représentent la contre-tension inductive, on simplifie et on obtient les équations suivantes : (7) (8)

Comme on connaît la tension de batterie et l’amplitude du vecteur de tension fournis, on peut définir les relations suivantes : (9) (10)

Par l’extension de l’équation des couples :

(11)

On obtient alors un système de trois équations avec les trois inconnues : la courant longitudinal, Iq courant transversal Δς?β, différence angulaire recherchée.

On connaît les paramètres de moteur 32 (voir figure 1) tels que Rs,y/p,Ld,Lq et N à partir du modèle de moteur et on peut les utiliser en compensant le cas échéant en fonction de la température. La vitesse angulaire électrique ou vitesse û)el correspond à celle du vecteur de tension (φν » <pe,} qui est une valeur connue.

Le couple de moteur T peut se calculer par l’unité de commande 16 en fonction de la position.

La figure 7 montre à titre d’exemple un diagramme avec une courbe caractéristique de couple 50 ; les angles de l’organe de réglage sont portés par l’axe horizontal et le couple dépendant de l’angle et de la direction est tracé sur l’axe vertical. A titre d’exemple, le couple T est généré par un ressort de rappel et par le frottement. Dans le cas d’un volet d’étranglement, la courbe caractéristique de ressort, complète, est connue à partir de la tension de précontrainte du rotor et de sa rigidité de sorte qu’avec le frottement connu du système, on peut calculer le couple interne T du moteur 10 en fonction de l’angle, c’est-à-dire de la position.

En résolvant le système des équations (9), (10), (11) selon Δ.φα on obtient deux solutions parmi lesquelles seule l’équation (12) donnée ci-après est la solution stable :

Cette équation peut se calculer de manière simplifiée en ligne, ou être enregistrée sous la forme d’une courbe caractéristique ou d’un champ de caractéristiques dans l’unité de commande 16.

En résumé, l’évaluation fondée sur le modèle de l’angle de décalage ΔφΒ, pour le mouvement de l’organe de réglage 14 en mode commandé, a l’avantage d’une meilleure précision. Le procédé réduit l’erreur de la courbe caractéristique de position de rotor 22, qui passe par exemple de 35° à 15°. Détermination de la position de butée :

Pour garantir le fonctionnement en frottement de l’organe de réglage 14, il est important de compenser les tolérances de fabrication pour déterminer en ligne la position des butées mécaniques.

Ainsi, à l’aide du moteur 10 on peut pousser l’organe d’actionnement 14 dans la position respective d’un point de butée 36, 38 et ensuite enregistrer le signal ainsi fourni par le capteur de position 18. L’angle correspondant de l’organe de réglage 14 peut servir de position de référence pour la suite de la régulation de position.

Il est avantageux, pour déterminer un point de butée 36, 38, d’avoir un appui garanti de l’organe de réglage 14 contre un point d’appui mécanique ainsi qu’une bonne reproductibilité de cette opération.

Comme cela est fréquent, pour déterminer la butée d’un organe de réglage 14 avec un moteur BLDC 10 on n’a pas encore déterminé la courbe caractéristique de la position de rotor 22, il n’est pas possible d’avoir une commutation optimale et ainsi un réglage précis du couple du moteur. Pour cela il faut déterminer les butées 36, 38 en mode commandé, en orientant le rotor du moteur 10, comme décrit ci-dessus, avec un fort vecteur de tension et le suivre.

On peut déterminer un point de butée 36, 38 pendant ce mouvement continu de l’organe de réglage 14 en formant le gradient de l’angle de l’organe d’actionnement <ps fourni par le capteur 18 par exemple avec un élément DT2 (discret dans le temps) (élément de transfert différentiel du second ordre / deuxième temporisation). On pourra détecter l’arrivée sur un point de butée mécanique 36, 38, par exemple par une diminution brusque de la vitesse de mouvement calculée, par exemple en comparant à un seuil. L’angle de l’organe de réglage φΞ à l’instant du dépassement du seuil de vitesse n’a toutefois qu’une signification limitée pour le point de butée mécanique 36, 38 car on peut avoir des effets de frottement qui varient à proximité du point de butée 36, 38 et aussi l’ondulation du couple du moteur 10 qui apparaît également de façon significative dans la vitesse calculé (voir les courbes de la figure 6).

Pour augmenter la précision de la détermination du point de butée, on peut ensuite, après avoir détecté le point de butée 36, 38 par la diminution de la vitesse de mouvement, passer à une autre étape. Cette autre étape sera décrite ci-après.

La figure 8 montre un diagramme du tracé principal de la relation entre l’angle de décalage ΔφΒΐ, sur l’axe horizontal et le couple moteur relatif sur l’axe vertical. Cette relation est représentée par la ligne 52. Le repère 54 (100%) correspond au couple que l’on atteint avec la tension / intensité appliquées actuellement et la commutation idéale.

Au début de la détermination de la position d’un point de butée 36, 38, l’angle de décalage A^eZ, par exemple dans le cas du mouvement dans le sens de l’ouverture contre le couple du ressort (par exemple celui du volet d’étranglement) se situe dans la plage 56. Lorsque l’organe de réglage 14 passe sur les points de butée mécaniques 36, 38 (ici dans le sens de l’ouverture) l’angle de décalage Aç?eZ commence à augmenter à cause de l’augmentation du couple. En fonction de la vitesse de mouvement, de la constante de temps du filtre DT2 ainsi que du seuil de la vitesse, on aura alors une prédétection du point de butée 36, 38 à l’endroit de la ligne interrompue 58. Cette prédétection du point de butée doit se faire avant que l’on atteigne le maximum du couple au point 54, c’est-à-dire si la ligne 58 en traits interrompus est à gauche du maximum 54.

La rotation du vecteur de tension se poursuit dans l’étape suivante et on surveille le signal du capteur de position 18, c’est-à-dire l’angle de l’organe de réglage cps- Cette opération correspond à la plage 60. On peut surveiller le passage du couple maximum 54 par l’évolution du signal de capteur de position ou de l’angle de l’organe de réglage φ5

La déformation élastique de l’organe de réglage au point de butée 36, 38 fait que l’angle maximum de l’organe de réglage <ps est atteint au point du couple maximum. L’angle de l’organe de réglage <ps diminue de nouveau lorsque la rotation du vecteur de tension se poursuit. Comme condition de rupture, on peut utiliser la rotation du vecteur de tension sur une certaine valeur (par exemple 30°) à partir de la dernière détection d'une « nouvelle » valeur maximale. Cet endroit est représenté par la ligne en pointillés 62. La valeur maximum connue par l’apparition de la condition de rupture pour l’angle de l’organe de réglage cps sera alors considérée comme position de butée et sera enregistrée.

Comme variante de détection, on peut utiliser une rotation prédéfinie du vecteur de tension à partir de la position de la présélection (par exemple 60°). Dans ce cas on considère également la valeur maximale de l’angle de l’organe de réglage <ps dans cet intervalle comme position de butée que l’on enregistre.

Dans les deux cas on élimine le bruit avec un filtre, par exemple un filtre médian.

Après cette étape de détermination du point de butée, on peut rappeler le vecteur de tension directement, brusquement à la position du vecteur de tension correspondant à l’instant de la prédétection pour ensuite continuer le mouvement en mode commandé de l’organe de réglage 14 à partir du point de butée 36, 38 (flèche tournée vers la gauche). On gagne ainsi le temps qui serait nécessaire au passage du maximum (nouveau passage) et on obtient la courbe caractéristique 22 plus rapidement.

En résumé, le procédé de détermination du point de butée peut conduire par une « sur rotation » du vecteur tension / intensité au-delà du maximum du couple ; il a l’avantage d’une plus grande précision et d’une plus grande reproductibilité de la position adaptée du point de butée. On arrive ainsi sûrement au couple maximum du moteur 10 et on garantit ainsi d’arriver au point de butée 36, 38 avec une force importante.

Claims

REVENDICATIONS 1°) Procédé pour déterminer la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique (10) et la position d'un organe de réglage (14) associé au moteur électrique (10), procédé consistant à : - commuter le moteur électrique (10) avec un courant alternatif (20) généré avec un vecteur de tension de façon que l’organe de réglage (14) se déplace dans sa plage angulaire, - déterminer l’angle (<pei) du moteur en se fondant sur le vecteur de tension, - saisir l’angle (tps) de l’organe de réglage à l’aide d’un capteur (18) associé à l’organe de réglage (14), - saisir la courbe caractéristique (22) qui donne l’angle de réglage effectif en fonction de l’angle de moteur (φει), procédé caractérisé en ce que - on fait tourner le moteur électrique (10) d’abord dans une première direction et ensuite dans la direction opposée de façon à parcourir la plage de l’angle de réglage dans la première direction et dans la direction opposée, à la même vitesse, et - au passage d’un angle de moteur (φει) dans la première direction et au passage de cet angle de moteur (cpei) dans la direction opposée, on saisit chaque fois l’angle correspondant (cps) de l’organe de réglage et à partir des deux angles (os) de l’organe de réglage, ainsi saisis, on calcule une valeur moyenne comme angle de réglage effectif (cps).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’ on détermine l’angle effectif (cps) de l’organe de réglage et/ou l’angle de moteur pour au moins un point d’appui (40) de la courbe caractéristique (22) à partir d’un ensemble d’angles d’organe de réglage (cps) saisis et/ou d’un ensemble d’angles de moteur (φει) déterminés, qui sont associés à un secteur (42) entourant le point d’appui (40), l’ensemble des angles de l’organe de réglage (cps), et/ou l’ensemble des angles de moteur (φει) déterminés comprennent des valeurs pour la première direction et pour la direction opposée.
3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les secteurs (42) pour les points d’appui (40) ont des largeurs différentes et/ou la largeur d’un secteur (42) est choisie en fonction d’une période d’erreur conditionnée par le moteur électrique (10).
4°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’ - on détermine l’angle de moteur (çei) à partir de l’angle de vecteur de tension (φν) pour le vecteur de tension par l’addition d’un angle de décalage ( ), et - on détermine l’angle de décalage (Aç?ri) en se fondant sur le modèle mathématique du moteur électrique (10) et/ou de l’organe de réglage (14) à partir de la valeur de la tension et/ou de la vitesse de l’angle de vecteur de tension ( φν ).
5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que - le modèle mathématique tient compte du couple agissant sur le moteur électrique (10) en fonction de l’angle et du couple dépendant de l’angle et/ou de la direction, agissant par l’organe de réglage (14) sur le moteur électrique (10) pour déterminer l’angle de décalage ( ).
6°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’ on détermine la position angulaire d’un point de butée (36, 38) de l’organe de réglage (14) en : * constatant que le point de butée (36, 38) se rapproche car la vitesse angulaire de l’angle de l’organe de réglage (tps) saisie par le capteur (18) passe en-dessous d’un seuil, et qu’ensuite l’angle du vecteur de tension augmente jusqu’à ce que l’angle de l’organe de réglage (cps), saisi a dépassé une valeur maximale, puis on fixe la valeur maximale comme position angulaire du point de butée (36, 38).
7°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ on déplace l’organe de réglage (14) à partir d’un point de départ (34) jusqu’à un premier point de butée (36) dans la première direction et à partir du premier point de butée (36) jusqu’à un deuxième point de butée (38) dans la direction opposée et à partir du second point de butée (38) jusqu’au point de départ (34) dans la première direction.
8°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moteur électrique (10) tourne dans une direction tout d’abord à une première vitesse et ensuite à une seconde vitesse.
9°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’organe de réglage (14) est couplé au moteur électrique (10) par l’intermédiaire d’une transmission (12).
10°) Unité de commande (16) pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, pour déterminer la relation entre la position du rotor d’un moteur électrique (10) et la position d’un organe de réglage (14) associé au moteur électrique (10), consistant à : commuter le moteur électrique (10) avec un courant alternatif (20) généré avec un vecteur de tension de façon que l’organe de réglage (14) se déplace dans sa plage angulaire, déterminer l’angle (ç>ei) du moteur avec le vecteur de tension, saisir l’angle (φβ) de l’organe de réglage à l’aide d’un capteur (18) qui lui est associé, saisir la courbe caractéristique (22) de l’angle de réglage effectif en fonction de l’angle de moteur (φβι), et selon ce procédé - on fait tourner le moteur électrique (10) d’abord dans une première direction et ensuite dans la direction opposée de façon à parcourir la plage de l’angle de réglage dans la première direction et dans la direction opposée, à la même vitesse, et - au passage d’un angle de moteur (φει) dans la première direction et au passage de cet angle de moteur (<pei) dans la direction opposée, on saisit chaque fois l’angle correspondant (cps) de l’organe de réglage et à partir des deux angles (cps) de l’organe de réglage ainsi saisis, on calcule une valeur moyenne comme angle de réglage effectif (cps).