FR3054938A1 - Actionneur electrique pour systeme de transmission de vehicule - Google Patents

Actionneur electrique pour systeme de transmission de vehicule Download PDF

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Pascal Maurel
Ibrahima Sogoba
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/08—Fluid-actuated clutches with fluid-actuated member not rotating with a clutching member
    • F16D2025/081—Hydraulic devices that initiate movement of pistons in slave cylinders for actuating clutches, i.e. master cylinders

Abstract

Actionneur (2) pour système de transmission (3) de véhicule, comprenant : - une machine électrique (6) comprenant un rotor et un stator, la machine (6) étant telle que la relation entre une grandeur représentative du couple électromagnétique (T) exercé sur la machine (6) et une grandeur représentative du courant (I) circulant dans le circuit électrique du stator fasse intervenir une constante (K), (K) étant la constante de couple de la machine électrique (6), - un convertisseur statique comprenant une pluralité de cellules de commutation, le convertisseur statique étant disposé de manière à relier électriquement le circuit électrique du stator à une source d'énergie électrique, et - un système de commande (32) des cellules de commutation du convertisseur statique, mettant en œuvre une commande scalaire de ces cellules de commutation et appliquant : - un premier mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique (6) prenne une première valeur, et - un deuxième mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique varie au sein d'une deuxième plage de valeurs.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
054 938
57618
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : H 02 P 6/12 (2017.01), H 02 P 6/08, H 02 K 7/116, F 16 D 48/06
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 05.08.16. © Demandeur(s) : VALEO EMBRAYAGES Société par
©) Priorité : actions simplifiée — FR.
©) Inventeur(s) : MAUREL PASCAL et SOGOBA IBRA-
HIMA.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 09.02.18 Bulletin 18/06.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : VALEO EMBRAYAGES Société par
apparentés : actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : ©) Mandataire(s) : VALEO EMBRAYAGES Société par
actions simplifiée.
ACTIONNEUR ELECTRIQUE POUR SYSTEME DE TRANSMISSION DE VEHICULE.
FR 3 054 938 - A1
Actionneur (2) pour système de transmission (3) de véhiculé, comprenant:
- une machine électrique (6) comprenant un rotor et un stator, la machine (6) étant telle que la relation entre une grandeur représentative du couple électromagnétique (T) exercé sur la machine (6) et une grandeur représentative du courant (I) circulant dans le circuit électrique du stator fasse intervenir une constante (K), (K) étant la constante de couple de la machine électrique (6),
- un convertisseur statique comprenant une pluralité de cellules de commutation, le convertisseur statique étant disposé de manière à relier électriquement le circuit électrique du stator à une source d'énergie électrique, et
- un système de commande (32) des cellules de commutation du convertisseur statique, mettant en oeuvre une commande scalaire de ces cellules de commutation et appliquant:
- un premier mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique (6) prenne une première valeur, et
- un deuxième mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique varie au sein d'une deuxième plage de valeurs.
Figure FR3054938A1_D0001
Figure FR3054938A1_D0002
Actionneur électrique pour système de transmission de véhicule
La présente invention concerne un actionneur électrique pour système de transmission de véhicule.
L’invention s’applique notamment, mais non exclusivement, à l’actionnement d’un embrayage simple ou double dont l’état au repos peut être normalement embrayé ou normalement débrayé, à l’actionnement d’un synchroniseur de boîte de vitesses pour transmission manuelle, à l’actionnement d’une boîte de vitesses robotisée, à l’actionnement d’une boîte de vitesses manuelle à double embrayage, ou encore à l’actionnement d’un embrayage de couplage d’un moteur thermique avec une machine électrique lorsque ces deux derniers font partie d’une chaîne de propulsion d’un véhicule hybride.
Un tel système de transmission est supposé avoir plusieurs configurations : une configuration dans laquelle il permet la transmission d’un mouvement, c’est-à-dire qu’il est dans l’état embrayé, et une configuration dans laquelle cette transmission ne s’effectue pas, c’est-à-dire qu’il est dans l’état débrayé. L’actionneur électrique permet alors, via un moteur électrique, le maintien du système de transmission dans l’une au moins de ces configurations et le passage de l’une à l’autre de ces configurations.
Le maintien par l’actionneur du système de transmission dans une configuration nécessite l’exercice par ce dernier d’un couple de maintien sur le système de transmission, et l’exercice de ce couple est hé à l’alimentation électrique du moteur de l’actionneur par un courant de maintien. Pour réduire la taille de la source d’énergie électrique dédiée à l’alimentation électrique du moteur, il importe que ce courant de maintien soit peu élevé. En outre, ce courant de maintien étant susceptible de générer par effet Joule un échauffement dans le moteur, la réduction de ce courant permet de réduire les risques d’usure prématurée de l’actionneur, voire de destruction par incendie de ce dernier. Ce courant de maintien I pouvant être lié par une constante K au couple électromagnétique T exercé sur le moteur électrique selon la relation T=K*I, cela impose de dimensionner le moteur de sorte que la constante K ait une valeur élevée.
Le passage du système de transmission de l’une à l’autre des configurations ci-dessus doit être effectué rapidement afin de répondre de façon satisfaisante à une consigne. Pour obtenir une telle rapidité, le moteur doit permettre d’obtenir des vitesses élevées, ce qui nécessite une constante K de valeur peu élevée.
L’obtention d’un actionneur électrique permettant de réduire le courant de maintien tout en répondant de façon satisfaisante aux consignes dynamiques suppose ainsi le respect d’exigences contradictoires.
Dans ce but, il est connu d’associer un moteur électrique de petite taille avec un réducteur de rapport variable mécaniquement pour adapter la vitesse et le courant du moteur électrique en fonction des consignes, et avec un système de rattrapage d’usure du système de transmission. Il est par ailleurs connu d’associer un moteur électrique de petite taille avec un réducteur de rapport fixe, avec un système élastique fournissant ponctuellement au moteur l’effort nécessaire, et avec un système de rattrapage d’usure du système de transmission.
De telles solutions sont complexes à réaliser et nécessitent l’ajout de pièces spécifiques dont un système de rattrapage d’usure du système de transmission, étant en conséquence coûteuses et encombrantes.
L’invention vise à permettre de bénéficier d’un actionneur électrique pour système de transmission qui permette de concilier les exigences mentionnées précédemment tout en remédiant aux inconvénients des solutions connues.
L’invention y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un actionneur pour système de transmission de véhicule, comprenant :
- une machine électrique comprenant un rotor et un stator, la machine étant telle que la relation entre une grandeur représentative du couple électromagnétique (T) exercé sur la machine et une grandeur représentative du courant (I) circulant dans le circuit électrique du stator fasse intervenir une constante (K), (K) étant la constante de couple de la machine électrique,
- un convertisseur statique comprenant une pluralité de cellules de commutation, le convertisseur statique étant disposé de manière à relier électriquement le circuit électrique du stator à une source d’énergie électrique, et
- un système de commande des cellules de commutation du convertisseur statique, ledit système étant configuré pour appliquer un premier mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique prenne une première valeur, et pour appliquer un deuxième mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique varie au sein d’une deuxième plage de valeurs, le système de commande des cellules de commutation étant configuré pour mettre en œuvre une commande scalaire des cellules de commutation du convertisseur statique, ladite commande scalaire permettant que l’angle interne (ψ) de la machine électrique, défini entre le flux rotorique dans la machine électrique et le flux généré par le champ tournant statorique, prenne une première valeur lorsque le premier mode de commande est appliqué auxdites cellules de commutation et ladite commande scalaire permettant que l’angle interne (ψ) varie dans une deuxième plage de valeurs lorsque le deuxième mode de commande est appliqué auxdites cellules de commutation.
La variation au sein de la deuxième plage de valeurs de la constante de couple et de l’angle interne peut être une variation continue ou une variation discrète approximant une variation continue.
Au sens de la présente demande, la variation de la constante de couple de la machine électrique est continue lorsqu’elle décrit une trajectoire entre la première valeur et celle de la valeur de la deuxième plage de valeurs qui est la plus éloignée de la première valeur. Cette variation continue correspond à un défluxage continu de la machine électrique. La constante de couple peut alors varier de façon monotone depuis la première valeur lorsque le deuxième mode de commande est appliqué.
Selon l’aspect ci-dessus de l’invention, une valeur de constante de couple est associée au premier mode de commande tandis qu’une pluralité de valeurs de constante de couple sont associées au deuxième mode de commande.
La première valeur de la constante de couple peut former une borne, par exemple la borne supérieure, de la deuxième plage de valeurs.
L’angle interne (ψ) de la machine peut être sensiblement égal à 90° lorsque le premier mode de commande est appliqué, et l’angle interne (ψ) de la machine peut varier, notamment strictement, entre 90° et 180° lorsque le deuxième mode de commande est appliqué
La relation ci-dessus peut être une relation linéaire ou affine entre le couple électromagnétique T exercé sur la machine et le courant I circulant dans le circuit électrique de l’induit. La relation s’exprime alors :
T = K x I + To où To est nul, le cas échéant.
En variante, la relation ci-dessus peut être une relation linéaire ou affine entre le couple électromagnétique T exercé sur la machine et un courant Γ, image par une ou plusieurs transformées mathématiques, par exemple de Clarke et de Park, du courant I circulant dans le circuit électrique de l’induit, par exemple dans le cas où la machine électrique est une machine synchrone à pôles lisses, comme on le verra par la suite.
La relation s’exprime alors :
T = K X 1' + To’ où To’ est nul, le cas échéant.
En variante, la machine électrique peut être une machine synchrone à pôles saillants, la relation s’exprimant alors :
T = KmXl + Kreiuc X I2 + Tq'
En variante encore, la relation ci-dessus peut être une relation carrée entre le couple électromagnétique T exercé sur la machine et le courant I circulant dans le circuit électrique de l’induit, par exemple dans le cas où la machine électrique est une machine synchro-reluctante, comme on le verra par la suite.
La relation s’exprime alors :
T = K X I2 + To” où Tq” est nul, le cas échéant.
Chaque mode de commande appliqué par le système de commande peut correspondre à un mode de fonctionnement différent de l’actionneur. Le passage de l’un à l’autre de ces modes de fonctionnement de l’actionneur s’obtient alors en modifiant la commande des cellules de commutation. Autrement dit, contrairement aux solutions selon l’art antérieur, la possibilité pour l’actionneur d’avoir au moins deux modes de fonctionnement différents ne nécessite pas le recours à une architecture matérielle complexe et l’utilisation sélective de certains des éléments de cette architecture selon le mode de fonctionnement souhaité pour l’actionneur. Une seule et même architecture matérielle dont on modifie lorsque nécessaire la commande permet selon l’invention de bénéficier d’un actionneur à au moins deux modes de fonctionnement distincts.
Le système de commande fait par exemple varier la constante de couple dans la deuxième plage de valeurs en fonction de l’un au moins des paramètres suivants:
- vitesse de la machine électrique,
- amplitude du courant d’alimentation du stator de la machine électrique
- amplitude de la tension d’alimentation de la machine électrique
- résistance électrique de chaque phase du stator de la machine électrique,
- inductance de chaque phase de la machine électrique,
- force contre-électromotrice de la machine électrique, et/ou
- résistance(s) électrique(s) en amont et/ou en aval du convertisseur statique.
Le système de commande peut appliquer le premier mode de commande lorsque l’actionneur est dans un mode de fonctionnement statique et il peut appliquer le deuxième mode de commande lorsque l’actionneur est dans un mode de fonctionnement dynamique. Le deuxième mode de commande peut alors permettre d’augmenter la puissance mécanique fournie par la machine électrique.
La première valeur de la constante de couple K de la machine électrique peut être élevée, de manière à permettre de réduire la valeur du courant alimentant la machine électrique, sans pour autant affecter la valeur du couple exercé par l’actionneur sur le système de transmission. Cette valeur élevée convient par exemple pour maintenir en état le système de transmission ou pour déplacer lentement l’actionneur.
L’actionneur peut comprendre un réducteur, et ce dernier peut présenter un rapport de réduction fixe, choisi en fonction de l’effort maximal imposé par le système de transmission sur l’actionneur, de manière à réduire le couple électromagnétique devant être appliqué au rotor de la machine électrique lorsque l’actionneur maintient le système de transmission dans un état donné.
Ce rapport fixe de réduction permet avantageusement de réaliser le compromis entre :
- la réduction la plus important possible de la valeur du couple électromagnétique correspondant à l’effort maximal imposé par le système de transmission et mentionné ci-dessus, et
- une course ou un nombre de révolutions minimal permettant de parcourir la course d’actionnement de l’actionneur de sa position de repos vers une position où il maintient le système de transmission dans l’état donné en un temps qui soit le plus faible possible.
Cette valeur fixe pour le rapport de réduction permet par exemple de réduire de 25 % à 50% la valeur du couple électromagnétique permettant ledit maintien par rapport à la valeur de couple électromagnétique à fournir par l’actionneur avec un réducteur permettant de réaliser le déplacement de l’actionneur de sa position de repos jusqu’à la position de maintien dans un temps imparti qui est par exemple compris entre 80 et 150 ms pour un embrayage, et entre 30 et 60 ms pour un actionneur pour synchroniseur.
Avec un tel réducteur, on peut encore diminuer la valeur du courant nécessaire lorsque l’actionneur est dans le mode de fonctionnement statique. En effet, la valeur de couple que doit exercer l’actionneur étant réduite, pour une même valeur élevée de la constante de couple K, la valeur du courant alimentant la machine électrique est encore réduite. Ainsi, la valeur du courant prélevé sur une source d’énergie électrique est abaissée de manière significative. La valeur élevée de la constante de couple K, associée à la valeur du rapport de réduction du réducteur, peut permettre de ne prélever pour l’alimentation de la machine électrique qu’un courant inférieur à 1 A à la source d’énergie électrique, qui est par exemple la batterie du réseau de bord du véhicule.
La deuxième plage de valeurs pour la constante de couple K de la machine électrique peut être formée par des valeurs faibles. Ces valeurs faibles peuvent correspondre à un mode de fonctionnement étant un déplacement rapide de l’actionneur, par exemple pour suivre une variation de consigne. Dans ce mode de fonctionnement de l’actionneur, le courant électrique alimentant la machine électrique est plus important. Ce mode de fonctionnement peut correspondre à un fonctionnement transitoire de l’actionneur.
Lorsque la valeur fixe du rapport de réduction est choisie comme mentionné ci-dessus, la réduction de 25% à 50% de la valeur du couple de maintien que cette valeur fixe de rapport de réduction entraîne provoque une démultiplication de la course à parcourir au niveau du moteur pour déplacer l’actionneur de sa position de repos à la position dans laquelle il maintient le système de transmission dans l’état donné. Pour ne pas allonger le temps nécessaire au déplacement selon cette course de l’actionneur, il faudrait une machine électrique capable de tourner deux à quatre fois plus rapidement. La commande des cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple prenne les valeurs faibles, en permettant de faire tourner le moteur deux à quatre fois plus vite qu’avec la valeur élevée, peut permettre de régler ce problème.
Le système de commande peut être configuré pour limiter le courant alimentant la machine électrique lors du démarrage de cette dernière, de manière à éviter un échauffement excessif dans la machine électrique ou la démagnétisation d’aimants permanents pouvant être utilisés dans la machine électrique.
Cette limitation du courant peut être ajustée en fonction de l’état thermique de la machine électrique et de la caractéristique de magnétisation des aimants permanents, cet état thermique pouvant être déterminé à partie d’une mesure de température et/ou à partir d’un modèle de température comme décrit dans le document FR 2 951 033.
Le convertisseur statique peut comprendre plusieurs, notamment trois, bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation en série séparées entre elles par un point milieu, chaque point milieu permettant la connexion électrique du convertisseur au circuit électrique de l’induit de la machine électrique.
La machine électrique est par exemple une machine synchrone et le convertisseur statique peut former un onduleur polyphasé, notamment triphasé.
La machine synchrone peut être une machine à rotor à aimants permanents ou une machine à rotor bobiné. La machine synchrone peut être une machine à pôles saillants ou à pôles lisses.
Il peut encore s’agir d’une machine à courant continu sans balai (désignée par « BLDC » en anglais). De telles machines sont plus robustes et peuvent présenter des performances supérieures à celles des machines à courant continu. Dans une telle machine, la constante de couple K dépend de l’angle interne ψ, de la machine, lequel est comme déjà mentionné l’angle défini entre le flux rotorique dans la machine et le flux généré par le champ tournant statorique. Dans ce cas encore, le convertisseur statique peut être un onduleur polyphasé, notamment triphasé.
Le système de commande peut comprendre une table stockant des jeux de valeurs de commande pour les cellules de commutation du convertisseur statique, chaque état du rotor de la machine électrique ayant un jeu de valeurs de commande associé, le système de commande comprenant également un sélecteur de jeu de valeurs de commande en fonction de l’état détecté pour le rotor de la machine électrique.
Chaque jeu de valeurs de commande de la table peut être calculé en fonction de la variation de l’angle interne ψ pour une vitesse donnée du rotor de la machine électrique.
Chaque jeu de valeurs de commande peut, une fois sélectionné, être mis à l’échelle par application d’un rapport cyclique pour l’amplitude de la tension entre phases du stator de la machine électrique, ce rapport cyclique étant déterminé sur la base de la tension et/ou du courant dans le stator de la machine électrique.
Les rapports cycliques à appliquer aux cellules de commutation du convertisseur statique peuvent être obtenus par centrage des valeurs résultant de la mise à l’échelle par application du rapport cyclique du jeu de valeurs de commande sélectionné.
Le rotor de la machine électrique peut occuper successivement plusieurs états distincts, l’actionneur comprenant au moins un capteur permettant de discriminer parmi ces états lequel est occupé par le rotor à un instant donné.
Le système de commande peut être configuré de manière à appliquer un mode de commande auxiliaire lorsqu’il reçoit une information relative à l’existence d’une défaillance. Ce mode de commande auxiliaire peut agir sur les cellules de commutation du convertisseur statique de manière à ce que la cellule de commutation de chaque bras reliant le point milieu et l’entrée continue positive du convertisseur statique soit non passante, et à ce que la cellule de commutation de chaque bras reliant le point milieu et l’entrée continue négative du convertisseur statique soit passante. La machine électrique est alors déconnectée de la source d’énergie électrique, étant au contraire bouclée sur elle-même. On accroît ainsi la sûreté de l’actionneur puisque le moteur de ce dernier est freiné s’il est entraîné par la charge, comme cela se produit dans le cas où le système de transmission est un embrayage simple avec un état au repos accouplé, et qui est dans l’état désaccouplé lorsque la défaillance se produit. Un décollage brutal non souhaité du véhicule est ainsi évité et/ou minimisé.
Dans le cas par exemple où la défaillance concerne une des cellules de commutation reliant le point milieu d’un bras à l’entrée continue positive du convertisseur statique, cette cellule de commutation étant bloquée en mode passant, la commande auxiliaire peut alors :
- commander les autres cellules de commutation reliant les autres points milieux à l’entrée continue positive du convertisseur de manière à ce qu’elles soient passantes, et
- commander les cellules de commutation reliant les points milieux à l’entrée continue négative du convertisseur statique de manière à ce qu’elles soient non passantes, afin de réaliser la fonction de freinage.
Lorsque la défaillance concerne une cellule de commutation reliant un point milieu à l’entrée continue négative du convertisseur statique et que cette cellule est bloquée en mode passant, une commande symétrique de celle qui vient d’être décrite peut être appliquée.
Lorsque la défaillance concerne une des cellules de commutation et que cette dernière est bloquée à l’état non passant, le mode de commande auxiliaire peut consister à commander les cellules de commutation reliées à l’entrée continue du convertisseur statique à laquelle la cellule de commutation victime de la défaillance n’est pas reliée.
En variante, et notamment dans le cas où le système de transmission est un double embrayage dont l’état au repos est l’état désaccouplé, le mode de commande auxiliaire peut consister à rendre non passant l’ensemble des cellules de commutation du convertisseur statique, afin d’accélérer le passage du système de transmission dans l’état désaccouplé.
Dans tout ce qui précède, la défaillance peut se rapporter à l’actionneur, au système de transmission, plus globalement au groupe motopropulseur du véhicule, voire même plus globalement au véhicule.
Dans tout ce qui précède, lorsque la machine électrique est tournante, l’actionneur peut comprendre un organe de mesure de la position angulaire du rotor de la machine électrique tournante.
L’invention n’est pas limitée aux exemples de machines électriques mentionnés ci-dessus.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble, comprenant :
- un actionneur tel que défini ci-dessus, et
- un système de transmission de véhicule, ledit système comprenant un organe apte à être déplacé par l’actionneur.
L’actionneur peut comprendre un élément d’actionnement configuré pour déplacer ledit organe du système de transmission
L’organe apte à être déplacé par l’actionneur peut être un diaphragme d’embrayage ou un cylindre émetteur, par exemple.
Le système de transmission peut être l’un embrayage à sec, d’un double embrayage à sec et d’un synchroniseur de boîte de vitesses.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de commande d’un actionneur tel que défini ci-dessus, procédé dans lequel la commande des cellules de commutation du convertisseur statique permet que la valeur de la constante de couple prenne au moins une valeur élevée et une pluralité de valeurs faibles.
Le procédé comprend l’étape consistant à faire varier la constante de couple parmi les valeurs faibles, cette variation s’effectuant notamment depuis la valeur élevée.
Le procédé peut comprendre l’étape selon laquelle on commande les cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple prenne la valeur élevée lorsque l’actionneur maintient le système de transmission dans un état donné.
Cet état donné peut être l’état accouplé ou dans l’état désaccouplé du système de transmission. Le maintien du système de transmission dans cet état par l’actionneur se traduit pour l’actionneur par le fait que la consigne de position de ce dernier n’évolue plus et par le fait que son déplacement est terminé.
Lorsque le système de transmission est un embrayage simple ou double dont l’état au repos est l’état accouplé, les cellules de commutation peuvent être commandées de manière à ce que la constante de couple prenne la valeur élevée pour que l’actionneur maintienne le système de transmission dans l’état désaccouplé.
Lorsque le système de transmission est un embrayage simple ou double dont l’état au repos est l’état désaccouplé, les cellules de commutation peuvent être commandées de manière à ce que la constante de couple prenne la valeur élevée pour que l’actionneur maintienne le système de transmission dans l’état accouplé.
Le procédé peut comprendre l’étape selon laquelle on commande les cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple prenne les valeurs faibles pour déplacer l’actionneur. Cette étape peut être effectuée à la réception d’une consigne de déplacement et peut permettre de modifier l’état du système de transmission. La constante de couple peut alors varier lorsqu’elle prend des valeurs faibles.
Comme mentionné précédemment, le système de commande peut être configuré de manière à ce que la constante de couple puisse prendre une seule valeur élevée et une pluralité de valeurs faibles. Le système de transmission peut être un embrayage, et les cellules de commutation peuvent être commandées de manière à ce que la constante de couple prenne une valeur faible pour amener le système de transmission dans l’état désaccouplé et les cellules de commutation peuvent être commandées de manière à ce que la constante de couple prenne une autre valeur faible pour amener le système de transmission dans l’état accouplé.
Dans le cas où le système de transmission est un embrayage simple dont l’état au repos est l’état accouplé, la valeur faible plus grande de la constante de couple peut être utilisée pour amener l’embrayage dans l’état accouplé, tandis que la valeur faible plus petite de la constante de couple peut être utilisée pour amener l’embrayage dans l’état désaccouplé.
Dans le cas où le système de transmission est un embrayage double, la valeur faible plus grande de la constante de couple peut être utilisée pour amener l’embrayage dans l’état désaccouplé, tandis que la valeur faible plus petite de la constante de couple peut être utilisée pour amener l’embrayage dans l’état accouplé.
Selon le procédé ci-dessus, le système de commande peut être configuré de manière à appliquer un mode de commande auxiliaire aux cellules de commutation lorsque ce système de commande reçoit une information relative à l’existence d’une défaillance.
Le système de transmission est par exemple un embrayage simple ou double, dont l’état au repos est l’état accouplé, le mode de commande auxiliaire peut agir sur les cellules de commutation du convertisseur statique de manière à ce que :
- la cellule de commutation de chaque bras reliant le point milieu et l’entrée continue positive, respectivement négative, du convertisseur statique soit non passante, et
- la cellule de commutation de chaque bras reliant le point milieu et l’entrée continue négative, respectivement positive, du convertisseur statique soit passante, de manière à freiner la machine électrique lorsqu’elle est entraînée par la charge du système de transmission.
En variante, le système de transmission est un embrayage simple ou double, dont l’état au repos est l’état désaccouplé, et la commande auxiliaire agit sur les cellules de commutation du convertisseur statique de manière à rendre non passant l’ensemble desdites cellules de commutation du convertisseur statique, afin de ne pas freiner la machine électrique lorsqu’elle est entraînée par la charge du système de transmission.
Dans tout ce qui précède, la deuxième plage de valeurs comprend au moins deux valeurs distinctes, de sorte que la constante de couple prend :
- une première valeur lorsque le système de commande applique le premier mode de commande, et
- varie en prenant au moins deux, notamment au moins trois, valeurs distinctes lorsque le système de commande applique le deuxième mode de commande.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est une représentation cinématique d’un ensemble comprenant un actionneur selon un exemple de mise en œuvre de l’invention et le système de transmission avec lequel il interagit,
- la figure 2 est une vue en élévation de l’ensemble de la figure 1,
- la figure 3 représente sous forme schématique le système de commande de cellules de commutation du convertisseur statique permettant d’alimenter électriquement le moteur électrique de l’actionneur, et
- la figure 4 est un graphe représentant l’évolution en fonction de la vitesse du moteur électrique de différents paramètres.
On a représenté sur la figure 1 un ensemble 1 comprenant un actionneur 2 interagissant avec un système de transmission 3. Dans l’exemple de la figure 1, le système de transmission 3 est un embrayage simple.
L’actionneur 2 comprend dans cet exemple un boîtier 4 coopérant avec le carter d’une machine électrique 6. Le boîtier peut être fixé sur le groupe moto-propulseur ou sur le châssis d’un véhicule.
Le boîtier 4 peut recevoir un réducteur 7 entraîné en rotation par l’arbre de sortie 8 de la machine électrique 6, et un système 9 de transformation de mouvement roto-linéaire. Le réducteur 7 présente ici un rapport de transmission fixe. Le réducteur 7 peut comprendre un ou deux étages de réduction. La valeur du rapport de transmission du réducteur est dans l’exemple considéré déterminée en fonction de l’effort maximal imposé par le système de transmission 3 sur l’actionneur 2, de manière à réduire le couple électromagnétique devant être appliqué au rotor de la machine électrique 6 lorsqu’elle maintient le système de transmission 3 dans un état donné.
Le boîtier 4 contient aussi dans l’exemple considéré une carte électronique 10 permettant de commander le fonctionnement de la machine électrique 6 de manière à ce que l’actionneur 2 puisse présenter au moins deux modes de fonctionnements distincts. Comme on le verra par la suite, cette commande consiste à modifier la constante de couple de la machine électrique 6 de manière à ce que celle-ci puisse prendre une première valeur et une pluralité de valeurs appartenant à une deuxième plage de valeurs.
Un connecteur 11 est également porté par le boîtier 4, et il permet la connexion électrique de la carte électronique 10 à une source d’énergie électrique qui est par exemple la batterie du réseau de bord du véhicule. Le connecteur 11 peut également permettre de connecter la carte électronique 10 au bus CAN (Controller Area Network) du véhicule. On permet ainsi la commande de la machine électrique 6 à partir de l’unité de contrôle moteur (ECU) du véhicule, cette dernière mettant notamment en œuvre un logiciel de supervision du système de transmission 3.
Le boîtier peut aussi recevoir un capteur 12 de position d’un élément mobile de l’actionneur 2, par exemple un capteur de position du rotor de la machine électrique 6. Ce capteur 12 peut ou non être porté par la carte électronique 10. La partie de traitement de ce capteur est par exemple portée par la carte 10 tandis que la partie de mesure de ce capteur 12 est disposée au niveau du rotor de la machine électrique 6.
Le système 9 de transformation de mouvement roto-linéaire est par exemple une vis à billes, une vis écrou ou une vis à roulements planétaires. Le système 9 peut ainsi être tel que décrit dans la demande déposée par la Demanderesse le 2 octobre 2013 en France sous le numéro 13 59544 dont le contenu est incorporé à la présente demande par référence.. Le système 9 permet, à partir du mouvement rotatif transmis par le réducteur 7, de déplacer en translation un piston 13 d’un cylindre émetteur 14 permettant de modifier l’état de l’embrayage 3.
Le déplacement de ce piston 13 sur une première course, dite course morte, met à découvert un orifice 15 qui relie la chambre 16 du cylindre émetteur 14 à un réservoir hydraulique basse pression 17. Le déplacement du piston 13 sur une deuxième course, dite course active, permet de recouvrir cet orifice, de sorte que le fluide contenu dans la chambre 16 du cylindre émetteur 14 peut être déplacé par le piston 13 vers un cylindre récepteur 18, via une canalisation hydraulique
19. Le cylindre récepteur 18 de l’exemple considéré comprend un piston annulaire 20 coaxial à l’axe de rotation X de l’embrayage 3. Ce piston annulaire 20 est dans l’exemple considéré relié à un roulement à billes 21 qui vient déplacer en translation selon l’axe X le diaphragme de l’embrayage 3, par exemple via une fourchette.
Bien que non représenté sur les figures, l’actionneur 1 comprend encore un convertisseur statique comprenant une pluralité de cellules de commutation, le convertisseur statique étant disposé de manière à relier électriquement le circuit électrique du stator de la machine électrique 6 à la source d’énergie électrique précité. Le convertisseur statique forme dans l’exemple décrit un onduleur triphasé, comprenant trois bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation en série séparées entre elles par un point milieu, chaque point milieu permettant la connexion électrique du convertisseur au circuit électrique de l’induit de la machine électrique.
La machine électrique est dans l’exemple qui va être décrit un moteur à courant continu sans balai (BLDC en anglais).
On va maintenant décrire en référence à la figure 3 un exemple de réalisation d’un système de commande 32 des cellules de commutation de l’onduleur. Ce système de commande 32 permet :
- d’appliquer un premier mode de commande dans lequel l’angle interne ψ prend une première valeur. Cette première valeur de ψ est par exemple égale à 90°.
- d’appliquer un deuxième mode de commande dans lequel l’angle interne ψ prend plusieurs valeurs distinctes, ces valeurs étant par exemple comprises strictement entre 90° et 180°, par exemple entre 90° et 170°.
Ce système de commande 32 comprend quatre modules 40, 41, 42 et 43 qui vont maintenant être décrits.
Le module 40 vise à générer un rapport cyclique pour l’amplitude de la tension phase à phase du stator du moteur électrique, de manière à contrôler la position de l’actionneur 2. Le module 40 reçoit comme entrée d’un pré-filtre 44 un signal représentatif de la position de l’actionneur mesurée. La sortie de ce pré-filtre attaque d’une part l’entrée d’un bloc de détermination de limites de saturation de vitesse 45 et d’autre l’entrée d’un sommateur 46 qui reçoit également en entrée la sortie d’un bloc 50 de mise à l’échelle. L’entrée du bloc 50 provient du module 41.
La sortie du sommateur 46 attaque ensuite un correcteur proportionnel-intégral 53, dont la sortie attaque un bloc de saturation en vitesse 56 dont les limites proviennent du bloc 45.
Le pré-filtre 44, le bloc 45, le bloc 50, le correcteur 53 et le bloc 56 forment ici une boucle de position.
La sortie du bloc 56 attaque un sommateur 60 recevant également en entrée le signal issu d’un observateur 62 recevant en entrée un signal de sortie du bloc 50. Une sortie de l’observateur 62 attaque un bloc 64 de calcul de jeux de valeurs de commande pour les cellules de commutation de l’onduleur, ce jeu de valeurs de commande générant ainsi une forme d’onde pour la tension entre phases du stator du moteur électrique 6 de l’actionneur . Dans l’exemple décrit, l’onduleur étant triphasé, chaque jeu de valeurs de commande contient des valeurs pour la phase U, des valeurs pour la phase V et des valeurs pour la phase W de la tension triphasée alimentant la machine électrique 6. La sortie de ce bloc 64 attaque le module 43, comme on le verra par la suite.
La sortie du sommateur 60 attaque un autre correcteur proportionnel-intégral 66, dont la sortie attaque un bloc de saturation 67, la sortie de ce bloc 67 attaquant un bloc 69 de mise à l’échelle.
L’observateur 62, les blocs 66, 67 et 69 forment une boucle de vitesse.
La sortie du bloc 69 attaque un sommateur 70 qui reçoit également en entrée un signal issu d’un bloc de mise en forme 74 recevant en entrée d’une part un signal représentatif de la norme du courant de l’onduleur mesurée et d’autre part un signal de déclenchement de la mesure de cette norme du courant de l’onduleur.
La sortie du sommateur 70 attaque un correcteur proportionnel-intégral 80 dont la sortie attaque un bloc 81 de saturation. La sortie du bloc de saturation 81 attaque un bloc de mise à l’échelle 82 qui reçoit également comme entrée un signal représentatif de la tension d’alimentation de l’onduleur mesurée, à des fins de normalisation de la tension.
La sortie de ce bloc 82 correspond au rapport cyclique de l’amplitude de la tension entre phases du stator du moteur électrique, et forme une entrée du module 43.
Le module 41 permet de déterminer l’état du rotor de la machine électrique 6. Ce module 41 reçoit en entrée les signaux fournis par des capteurs à effet Hall, ici trois capteurs disposés à 120° les uns des autres, et compare les données fournies par ces signaux à une table 85, chaque ligne de cette table associant une combinaison des valeurs des trois capteurs à effet Hall à un état du rotor de la machine électrique 6.
En fonction des signaux reçus, l’état du rotor de la machine électrique peut être incrémenté selon la flèche 86 ou décrémenté selon la flèche 87.
Le module 42 reçoit également en entrée les signaux fournis par les capteurs à effet Hall, et ce module 42 réalise une détection de front montants et de fronts descendants. Ce module 42 permet également d’interrompre périodiquement la commande des cellules de commutation de l’onduleur, pour prendre en compte les cas dans lesquels il n’y a pas de rotation du moteur électrique. La période Ts de cette interruption varie par exemple entre lOOps et 150ps..
La sortie du module 42 permet d’appliquer deux stratégies différentes pour commander l’onduleur, le cas échéant. La détection d’un front par le module 42 ou la détection de la période Ts entraîne alors l’application par le module 43 d’un nouveau jeu de valeurs de rapport cyclique pour les cellules de commutation de l’onduleur.
Le module 43 contient une table 90 contenant les jeux de valeurs de commande calculés par le bloc 64, comme mentionné précédemment. Ces jeux de valeurs sont calculés en fonction de la valeur de l’angle interne ψ du moteur électrique 6 et de la vitesse de ce moteur électrique. Ces jeux de valeurs commandent la forme d’onde de la tension entre phases du stator du moteur électrique 6. Dans l’exemple décrit, six jeux de valeurs sont présents et chaque jeu contient des valeurs pour la phase U du stator du moteur électrique, des valeurs pour la phase V du stator du moteur électrique, et des valeurs pour la phase W du stator du moteur électrique. Toujours dans l’exemple décrit, les six jeux de valeurs ne correspondent pas à 18 valeurs distinctes, sept valeurs distinctes seulement étant utilisées.
La table 90 permet d’associer à chaque état du rotor du moteur électrique 6 une configuration 5 des cellules de commutation associées respectivement aux phases U, V et W de la tension du stator du moteur électrique.
Un exemple de ces configurations figure ci-dessous
Etat rotor 0 1 2 3 4 5 6
UWave 0 UZ UH2 UH3 UZ UL2 UL3
VWave 0 UH1 UZ UL3 UL1 UZ UH3
WWave 0 UL1 UL2 UZ UH1 UH2 UZ
Dans ce tableau :
- 0 correspond à une situation d’erreur,
- Z correspond au cas où les deux cellules de commutation associées à la phase en question sont toutes deux non passantes,
- H correspond au cas où la cellule de commutation associée à la phase en question et reliée au potentiel continu positif est passante,
- L correspond au cas où la cellule de commutation associée à la phase en question et reliée au 15 potentiel continu négatif est passante.
Le module 43 contient encore un sélecteur 95 permettant lorsqu’une valeur d’état est transmise depuis le module 41, de choisir un autre jeu de valeurs de commande que celui précédemment appliqué. Ainsi, le jeu de valeurs de commande sur la base duquel est généré un jeu de valeurs de rapport cyclique est actualisé en fonction de la rotation du rotor du moteur électrique, ce jeu de valeurs étant lui-même calculé en fonction de la valeur de l’angle interne ψ du moteur électrique et de la vitesse de ce moteur électrique 6.
Le jeu de valeurs de commande présent en sortie du sélecteur 95 est ensuite mis à l’échelle par un bloc 97 via prise en compte de la sortie du bloc 82. La sortie du bloc 82, qui correspond comme déjà mentionne à la consigne de rapport cyclique de l’amplitude de la tension entre phases du stator du moteur électrique, permet d’ajuster l’amplitude de la forme d’onde pour piloter le moteur électrique 6.
Le signal en sortie de ce bloc 82 attaque l’entrée d’un sommateur 100 recevant également en entrée la sortie d’un bloc de centrage 102. La sortie du sommateur 100 contient le jeu de valeurs de rapport cyclique à appliquer aux cellules de commutation de l’onduleur.
En sortie du module 43, on applique par exemple des jeux de valeurs de rapport cyclique aux cellules de commutation associées respectivement aux phases ET, V et W pour que ces dernières prennent les configurations suivantes :
Etat rotor HS U LS U HS V LS V HS W LS W
0 OFF OFF OFF OFF OFF OFF
1 OFF OFF V+ V- OFF ON
2 U+ U- OFF OFF OFF ON
3 U+ U- OFF ON OFF OFF
4 OFF OFF OFF ON W+ W-
5 OFF ON OFF OFF W+ W-
6 OFF ON V+ V- OFF OFF
La figure 4 représente d’une part selon une courbe 150 le couple fourni par le moteur électrique 6 en fonction de sa vitesse, et selon une courbe 160 l’angle interne ψ en fonction de la vitesse de la machine lorsque le deuxième mode de commande du moteur synchrone est appliqué.
On constate sur la courbe 160 que le système de commande 32 qui vient d’être décrit permet, depuis la valeur de l’angle ψ correspondant au premier mode de commande et ici égale à 90°, de faire une variation par paliers successifs de cet angle ψ lors du defluxage selon le deuxième mode de commande. La variation de l’angle ψ approxime ici une variation continue. Sur cette figure 4, la courbe 170 correspond à la variation de l’angle interne ψ en fonction de la vitesse de la machine lors d’un défluxage par commande vectorielle.
L’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit.

Claims (11)

  1. Revendications
    1. Actionneur (2) pour système de transmission (3) de véhicule, comprenant :
    - une machine électrique (6) comprenant un rotor et un stator, la machine (6) étant telle que la relation entre une grandeur représentative du couple électromagnétique (T) exercé sur la machine (6) et une grandeur représentative du courant (I) circulant dans le circuit électrique du stator fasse intervenir une constante (K), (K) étant la constante de couple de la machine électrique (6),
    - un convertisseur statique comprenant une pluralité de cellules de commutation, le convertisseur statique étant disposé de manière à relier électriquement le circuit électrique du stator à une source d’énergie électrique, et
    - un système de commande (32) des cellules de commutation du convertisseur statique, ledit système étant configuré pour appliquer un premier mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique (6) prenne une première valeur, et pour appliquer un deuxième mode de commande aux cellules de commutation de manière à ce que la constante de couple (K) de la machine électrique varieau sein d’une deuxième plage de valeurs, le système de commande (32) des cellules de commutation étant configuré pour mettre en œuvre une commande scalaire des cellules de commutation du convertisseur statique, ladite commande scalaire permettant que l’angle interne (ψ) défini entre le flux rotorique dans la machine électrique (6) et le flux généré par le champ tournant statorique prenne une première valeur lorsque le premier mode de commande est appliqué auxdites cellules de commutation et ladite commande scalaire permettant que l’angle interne (ψ) varie dans une deuxième plage de valeurs lorsque le deuxième mode de commande est appliqué auxdites cellules de commutation.
  2. 2. Actionneur selon la revendication 1, le système de commande (32) comprenant une table (90) stockant des jeux de valeurs de commande pour les cellules de commutation du convertisseur statique, chaque état du rotor de la machine électrique (6) ayant un jeu de valeurs de commande associé, le système de commande (32) comprenant également un sélecteur (95) de jeu de valeurs de commande en fonction de l’état détecté pour le rotor de la machine électrique (6).
  3. 3. Actionneur selon la revendication 2, chaque jeu de valeurs de commande de la table (90) étant calculé en fonction de la variation de l’angle interne (ψ) pour une vitesse donnée du rotor de la machine électrique (6).
  4. 4. Actionneur selon la revendication 2 ou 3, chaque jeu de valeurs de commande étant, une fois sélectionné, mis à l’échelle par application d’un rapport cyclique pour l’amplitude de la tension entre phases du stator de la machine électrique (6), ce rapport cyclique étant déterminé sur la base de la tension et/ou du courant dans le stator de la machine électrique (6).
  5. 5. Actionneur selon la revendication 4, les rapports cycliques à appliquer aux cellules de commutation du convertisseur statique étant obtenus par centrage des valeurs résultant de la mise à l’échelle par application du rapport cyclique du jeu de valeurs de commande sélectionné.
  6. 6. Actionneur selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, le rotor de la machine électrique
    5 occupant successivement plusieurs états distincts, l’actionneur comprenant au moins un capteur permettant de discriminer parmi ces états lequel est occupé par le rotor à un instant donné.
  7. 7. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système de commande (32) appliquant le premier mode de commande lorsque l’actionneur est dans un mode de fonctionnement statique et le système de commande (32) appliquant le deuxième mode de
    10 commande lorsque l’actionnement est dans un mode de fonctionnement dynamique.
  8. 8. Actionneur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un réducteur (7) présentant un rapport de réduction fixe.
  9. 9. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la machine électrique (6) étant une machine à courant continu sans balai et le convertisseur statique formant un onduleur
    15 triphasé.
  10. 10. Actionneur selon la revendication 9, l’angle interne (ψ) de la machine étant sensiblement égal à 90° lorsque le premier mode de commande est appliqué et l’angle interne (ψ) de la machine variant entre 90° et 180° lorsque le deuxième mode de commande est appliqué.
  11. 11. Ensemble, comprenant :
    20 - un actionneur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et
    - un système de transmission (3) de véhicule, ledit système (3) comprenant un organe apte à être déplacé par l’actionneur (2).
    1/2 .11
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