FR3058598B1 - METHOD FOR CONTROLLING A ROTATING ELECTRIC MACHINE ALTERNATOR - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détermination d'un courant de sortie d'une machine électrique rotative fonctionnant dans un mode alternateur afin de déterminer un estimateur de couple résistif de ladite machine électrique rotative à partir de la tension de sortie UALT, du courant de sortie iS et de la vitesse de rotation de ladite machine électrique rotative. Ainsi, l'invention permet de réaliser un estimateur plus précis du courant de sortie et/ou du couple résistif de ladite machine électrique rotative et permet de limiter le nombre de capteurs à implémenter sur le véhicule automobile.The invention relates to a method for determining an output current of a rotating electric machine operating in an alternator mode in order to determine a resistive torque estimator of said rotary electric machine from the output voltage UALT, the current of output iS and rotational speed of said rotary electric machine. Thus, the invention makes it possible to produce a more accurate estimator of the output current and / or the resistive torque of said rotary electric machine and makes it possible to limit the number of sensors to be implemented on the motor vehicle.
Description
« Procédé de contrôle d’un alternateur de machine électrique rotative »
Domaine technique
La présente invention se situe dans le domaine des alternateurs destinés à être couplés à un moteur thermique de véhicule automobile. Plus particulièrement, un objet de la présente invention concerne un procédé d’estimation d’une vitesse d’amorçage d’une machine électrique rotative et un procédé de contrôle du couple résistif du rotor de la machine électrique rotative. Un autre objet de l’invention concerne aussi un module électronique pour limiter le couple résistant de la machine électrique rotative, ainsi une machine électrique rotative configurée pour mettre en œuvre le procédé de contrôle du couple résistant. État de la technique antérieure
Dans le domaine de l’automobile, on connaît des alternateurs dont la tension fournie au réseau électrique de bord est maintenue constante par un régulateur. De manière schématique, le régulateur récupère des données transmises par une unité de contrôle moteur afin de configurer l’alternateur pour optimiser la charge de la batterie et la production d’électricité nécessaire aux équipements électroniques du véhicule automobile.
De manière connue, le régulateur prend en compte la vitesse du rotor ainsi que la tension de sortie de l’alternateur et pour certain régulateur le courant du rotor. ll est connu que l’alternateur prélève un couple sur le moteur thermique et ceci en fonction de la vitesse et du débit en courant de l’alternateur.
Ainsi, on conçoit par exemple que l’alternateur ne devrait pas prélever de couple de sortie du moteur thermique au démarrage dudit moteur, voire au cours d’une accélération afin d’améliorer les performances des véhicules, par exemple de petite cylindrée. L’optimisation de contrôle d’un moteur thermique nécessite en outre, de maîtriser le couple prélever par l’alternateur. ll est ainsi nécessaire de connaître précisément la valeur du couple prélevé par l’alternateur. Plus important encore, il est nécessaire de connaître la valeur du couple prélevé par l’alternateur afin de pouvoir optimiser sa régulation en fonction du régime de fonctionnement du moteur.
Ainsi, le contrôle du couple prélevé par l’alternateur est une fonction de plus en plus demandée par les constructeurs automobiles, intégrable et à un coût avantageux ; et il existe donc un besoin croissant de compléter la régulation en tension dudit alternateur par une régulation et/ou un contrôle du couple prélevé par l’alternateur sur le moteur.
Selon une première alternative connue, le couple peut être mesuré à l’aide d’un couple-mètre comportant par exemple un capteur du type à effet Hall ou capteur optique, etc... De tels capteurs sont très coûteux dans des applications automobiles et leur intégration entre le moteur et l’alternateur est très complexe au regard de l’encombrement disponible notamment.
Selon un deuxième choix connu, le couple peut être déterminé à l’aide d estimateurs de couple en fonction de certaines variables de fonctionnement de l’alternateur et/ou du système électrique auquel il est raccordé et/ou du moteur auquel il est couplé. De tels estimateurs de couples permettent ainsi de réduire les coûts de fabrication et d’intégration dans le domaine automobile.
La présente invention adresse plus particulièrement l’estimation du couple statique d’un alternateur tournant à vitesses moyennes données comportant de faibles variations définies par l’amplitude et la fréquence autour de la valeur moyenne. Chaque vitesse moyenne correspond à une vitesse de la plage de fonctionnement de l’alternateur.. L’estimateur néglige le couple dynamique de l’alternateur qui est lié à l’accélération ou à la décélération du rotor. En effet, dans le cas des faibles variations de vitesses de rotation, le couple dynamique — lié à l’inertie du rotor de l’alternateur — est considéré comme négligeable. On considère alors que le couple statique est un bon estimateur du couple résistant de l’alternateur.
De manière connue, le couple résistant est déterminé par la relation suivante :
où U est la tension de sortie de l’alternateur, t est le courant d’excitation de l’alternateur, î] est le rendement de l’alternateur et (jù est la vitesse de rotation de l’alternateur.
On connaît le document FR2976422 Bl qui divulgue un estimateur de couple dans lequel le courant d’excitation de l’alternateur t est déterminé en utilisant uniquement deux variables : est la tension de sortie de l’alternateur U et est la vitesse de rotation (jû de l’alternateur. Dans la pratique, l’estimateur a été concu pour un point de fonctionnement prédéterminé pour éviter une détérioration mécanique de la poulie par exemple. En conséquence cet estimateur n’est plus précis en dehors de cette valeur prédéterminée. Cet estimateur ne peut pas être utilisé dans la plage complète de couple d’un alternateur, il apparaît que cet estimateur de courant n’est pas assez précis suivant les régimes de fonctionnement de l’alternateur. Consécutivement, cette imprécision est propagée à l’estimateur de couple résistant de l’alternateur d’une part, et à la régulation de l’alternateur d’autre part.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
Un estimateur de couple dans la plage de fonctionnement de l’alternateur, ce qui nécessite : - un estimateur de courant dans la plage de courant l’alternateur ;
Un autre but de la présente invention est de proposer un estimateur plus précis de la vitesse d’amorçage d’une machine électrique rotative.
Un autre but de l’invention est de proposer un nouvel estimateur du courant de sortie d’une machine électrique rotative pour résoudre au moins un de ces problèmes et afin de permettre une meilleure estimation du couple résistant de l’alternateur.
Exposé de l’invention
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé d’estimation du courant de sortie d’une machine électrique rotative, ledit procédé d’estimation du courant de sortie comprenant les étapes suivantes : — détermination d’un nombre représentatif d’une vitesse de rotation (ω) de la machine électrique rotative ; — détermination d’un nombre représentatif du courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative ; — si la vitesse de rotation représentatif d’une vitesse de rotation est supérieure à un nombre de la vitesse d’amorçage (<Όθ) prédéterminé, détermination d’un courant de sortie (is) en fonction : ï$ = ïexc X g(iù) dont g est une fonction d’au moins 2 degrés. ll est ainsi possible de récupérer l’énergie cinétique du véhicule automobile durant les pb ases dites de freinage récupératif, en contrôlant le courant d’excitation iex de manière à générer un courant de sortie is maximal en sortie de la machine électrique afin de stocker l’énergie électrique dans une batterie, par exemple une batterie lithium-ion.
Dans lequel la fonction est une fonction de degré 3· L’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison : ~ le courant de sortie is est choisi parmi des valeurs préenregistrées durant un étalonnage de la machine électrique rotative. En effet, l’étalonnage de la machine électrique rotative peut permettre de déterminer les différentes valeurs du courant de sortie is pour chacun des triplets Îicxc ; UALT ; Cet étalonnage peut être réalisé à partir de plusieurs mesures physiques de vitesses de rotation pour des commandes Îicxc ; UALTJ, chacune des valeurs mesurées étant enregistrées dans une mémoire, préalablement à l’installation de la machine électrique rotative. Plus particulièrement, le courant d’excitation is et/ou la valeur de sortie d’alternateur UALT et/ou la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative sont successivement incrémentés d’une valeur incrémentale afin de mesurer le plus grand nombre possible de courants de sortie is correspondants à l’intérieur d’une plage d’utilisation donnée. Ainsi, plus tard, lorsque la machine électrique rotative est utilisée en mode alternateur, il est possible de déterminer très rapidement la valeur estimée du courant de sortie en fonction des données Îicxc ; UALT ; ü)J préenregistrées dans une base de données mémorisée. Eventuellement, pour des valeurs intermédiaires du triplets Îicxc ; UALT ; ü)J par rapport aux valeurs préenregistrées, une régression, par exemple linéaire, est réalisée pour déterminer le courant de sortie is le plus proche. Alternativement, le courant de sortie is est défini par approximation comme étant celui correspondant au triplet Îicxc ; UALT ; ü)J le plus proche. Alternativement encore, le courant de sortie is peut -être obtenu par troncature ; ~ le procédé d’estimation du courant de sortie is conforme à l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements comprend les étapes suivantes : — détermination d’un gain K représentant le rapport entre fomax et iexc_max : K = —--à une vitesse de rotation maximum de la machine électrique rotative ; iexcmax — estimation d’un nombre représentatif du courant de sortie is : si 0) < (jùq alors is = 0, sinon ί$ = K X Iexc X 9 (—~où ύ)θ est la vitesse d’amorçage prédéterminée, X est un facteur d’échelle et g une fonction ; il est ainsi possible de déterminer par estimation le courant de sortie is généré par la machine électrique rotative afin de quantifier l’énergie électrique stockée dans la batterie du véhicule automobile et de contrôler l’état de charge de ladite batterie. Plus particulièrement, cet estimateur permet de proposer une évaluation redondante de l’état de charge de la batterie, complémentairement à une mesure électrique réalisée directement au niveau de ladite batterie. Ainsi, la redondance proposée par l’évaluateur du courant de sortie is de la machine électrique permet de confirmer — ou d’infirmer le cas échéant — la mesure de l’état de charge réalisées au niveau de la batterie. ~ la fonction g est dépendant du terme tangente ; ~ la fonction g est du type d’une tangente hyperbolique, le courant de sortie is étant définie par : si (jù < (jùq alors iç = 0, sinon = K X lexc X tanh—; ~ la fonction g est du type d’une arctangente, le courant de sortie is étant définie par : si (jù < ά)θ alors I5 = 0, sinon I5 = K X lexc X tan -.
X
La vitesse d’amorçage (jùq prédéterminée représente une vitesse d’amorçage de rotation minimale d’un rotor de machine électrique rotative à partir de laquelle la rotation forcée dudit rotor génère un courant de sortie induit non nul. Selon un exemple, la vitesse d’amorçage prédéterminé est la moyenne des vitesses d’amorçage de la plage de fonctionnement de l’alternateur.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de limitation du courant de sortie is d’une machine électrique rotative comprenant les étapes suivantes : — estimation du courant de sortie is de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements ; — si le courant de sortie is estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de courant de sortie prédéfinie iseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.
Conformément à ce deuxième aspect, le procédé de limitation du courant de sortie is de la machine électrique rotative permet de contrôler ladite machine électrique et de contrôler son impact sur le système électrique dans lequel elle est intégrée, notamment dans le domaine automobile. Ainsi, le procédé de limitation du courant de sortie is de la machine électrique rotative permet de réaliser une régulation plus fine de ladite machine électrique rotative à partir d’un estimateur plus précis déterminé par plusieurs grandeurs électriques et/ou plusieurs variables de fonctionnement de ladite machine électrique rotative.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un procédé d’estimation d’un couple résistif CALT d’une machine électrique rotative et comprenant les étapes suivantes : ~ estimation du courant de sortie is à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements ; ~ récupération du nombre représentatif de la tension de sortie d’alternateur UALT ; ~ récupération de la vitesse de la machine (jù ; ~ estimation d’un nombre représentatif du couple résistif CALT de la machine électrique rotative par le produit du courant de sortie is par la tension de sortie d’alternateur UALT : Ealt = U ALT x is /ω.
Le procédé d’estimation du couple résistif CALT d’une machine électrique rotative s’appuie sur les estimateurs précédemment calculés dans le premier aspect de l’invention. Dans son troisième aspect, le procédé d’estimation du couple résistif CALT bénéficie de la meilleure précision de l’estimateur du courant de sortie is à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements. Le couple résistif CALT déterminé par le procédé conforme au troisième aspect est donc lui aussi plus précis que ceux de l’art antérieur. Ainsi, le contrôle moteur avec l’alternateur peut utiliser le frein résistant de l’alternateur de manière progressive ou étagée afin que l’utilisateur du véhicule automobile ne ressente pas d’à-coup.
Avantageusement, dans le procédé d’estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative conforme au troisième aspect de l’invention, le couple résistif CALT de la machine électrique rotative est défini par Cag- = ——-, où î] est le rendement de la machine électrique rotative.
Selon un quatrième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative comprenant les étapes suivantes : ~ estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du couple résistif conforme au troisième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements ; ~ si le couple résistif CALT estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de couple résistif prédéfinie Cseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.
Conformément à son quatrième aspect, le procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative permet de contrôler ladite machine électrique rotative et de contrôler son impact sur le système électrique dans lequel elle est intégrée, notamment dans le domaine automobile. Plus particulièrement, dans le domaine automobile et dans un mode de fonctionnement alternateur, le procédé de limitation du couple résistif CALT conforme au quatrième aspect de l’invention permet de contrôler l’impact de la machine électrique rotative sur un moteur thermique auquel elle est couplée. Ainsi, le procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative permet de réaliser une régulation plus fine de ladite machine électrique rotative à partir d’un estimateur plus précis et déterminé par plusieurs grandeurs électriques et/ou de fonctionnement de ladite machine électrique.
Selon un cinquième aspect de l’invention, il est proposé un module électronique pour limiter un couple résistif d’une machine électrique rotative, le module électronique étant agencé pour mettre en œuvre les étapes des procédés selon l’un quelconque des procédés conformes aux premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes et/ou quatrièmes aspects de l’invention ou à l’un quelconque de leurs perfectionnements.
De manière avantageuse, le module électronique conforme au cinquième aspect de l’invention comprend : — un dispositif de détermination d’un courant de sortie is de la machine électrique rotative. A titre d’exemples non limitatifs, il peut s’agir par exemple d’un capteur à effet Hall ou d’un composant électrique ou électronique permettant de contrôler le courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative, tel qu’un transistor ou une résistance de mesure de très faible impédance, dite résistance de sbunt ; — un dispositif de détermination d’une tension de sortie d’alternateur UALT de ladite machine électrique rotative. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir par exemple d’un convertisseur analogique-numérique mesurant la tension de sortie d’alternateur UALT au niveau des conducteurs électriques de la machine électrique rotative sur lesquels le courant induit est créé durant la rotation de ladite machine électrique rotative ; — un circuit électronique configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de limitation du couple résistif CALT conforme au quatrième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements.
Selon un sixième aspect de l’invention, il est proposé une machine électrique rotative comprenant : — au moins un mode alternateur ; — un dispositif de détermination d’un courant d’excitation iexc d’un stator de l’alternateur ; — un dispositif de détermination d’une tension de sortie d’alternateur UALT ; — un dispositif de détermination d’une vitesse de rotation (ù d’un rotor de l’alternateur ; — un circuit électronique configuré pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé de limitation du couple CALT conforme au quatrième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
Description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : — la FIGURE 1 est un diagramme fonctionnelle illustrant le procédé d’estimation du courant de sortie en fonction de la vitesse de rotation et du courant d’excitation ; — la FIGURE 2 est un graphique illustrant une caractérisation d’un courant de sortie de la machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur, en fonction de la vitesse de rotation de la machine électrique rotative, du courant d’excitation et de la tension de sortie ; — la FIGURE 3 est un diagramme illustrant un exemple de réalisation d’un module électronique limitant le couple résistif d’une machine électrique rotative conforme au cinquième aspect de l’invention ; — la FIGURE 4 illustre au travers d’un schéma de principe un exemple de réalisation d’un procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention.
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Description détaillée de l’invention
La FIGURE 1
La FIGURE 1 illustre un diagramme fonctionnel synthétisant une méthode de calcul 500 d’un estimateur de courant de sortie 525 d’une machine électrique rotative pouvant fonctionner selon un mode alternateur.
La méthode de calcul 500 comporte une première étape 510 optionnelle permettant de déterminer un terme représentant un courant de saturation 515 de la machine électrique rotative à partir du courant d’excitation 511 et de la vitesse de rotation 512 de ladite machine électrique rotative. Le courant de saturation 515 permet de déterminer in fine le courant de sortie 525 de manière plus précise mais il n’est pas indispensable pour déterminer le courant de sortie 525 lorsque la machine électrique rotative est utilisée pour des vitesses de rotations moins élevées et/ou selon un mode de fonctionnement « normal » dans lequel la machine électrique rotative délivre un courant de sortie 525 non saturé.
Dans le cas d’une méthode de calcul sans la première etape 510 optionnelle, Le courant de saturation 515 est remplacé par le courant d’excitation mesuré. A titre d’exemple non limitatif, un courant de saturation 515, isat peut être déterminé par la formule suivante : tsat = Κ(ω) x /(5(ω)) Où gain K((jù) est un gain qui dépend de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative ; et ;S((jù) est un terme de saturation qui dépend de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative. En particulier : ~ si la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative est inférieure à une valeur seuil égale à environ 2500 tours par minutes, alors le gain K est défini par : K (iù) = X (jù + blt où a, et b, sont respectivement des premières valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour le gain K ; et la saturation S est définie parS(ùj) = Cj X ù) + d^, où c, et d, sont respectivement des premières valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour la saturation S ; ~ si la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative est supérieure à une valeur seuil égale à environ 2500 tours par minutes, alors le gain K est défini par : K (ίι>) = d2 X + b2, où a2 et b2 sont respectivement des deuxièmes valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour le gain K ; et la saturation S est définie parS(ùj) = C2 X + d2, où c2 et d2 sont respectivement des deuxièmes valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour la saturation S.
Et de manière avantageuse, la fonction f de la saturation S est préférentiellement du type d’une fonction tangente, telle que par exemple une fonction arctangente ou tangente hyperbolique. la vitesse d’amorçage 535 de la machine électrique rotative est prédéterminé. À partir de la vitesse d’amorçage prédéterminée 535, de l’éventuelle courant de saturation 515 estimé ou courant d’excitation, et de la vitesse de rotation 521 de la machine électrique rotative, le procédé 500 estime le courant de sortie 525 de la machine électrique rotative conformément au premier aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.
La FIGURE 2 illustre une caractérisation d’un courant de sortie is par une machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur, en fonction de la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative, du courant d’excitation iexc La courbe change axialement en fonction de la tension de sortie UALT (non représenté).
La caractérisation de la machine électrique rotative est obtenu en pilotant ladite machine électrique rotative selon une pluralité de points de fonctionnements différents. En d’autres termes, pour différents couples de valeurs de ί icxc et (jû ), le courant de sortie is de la machine électrique rotative est mesuré pour une pluralité de vitesses de rotation (jù. Dans le procédé d’estimation de courant de sortie ls, on fixe Liait, par exemple la moyenne de fonctionnement par exemple 14V. On obtient ainsi une courbes caractérisant le courant de sortie is en fonction de la vitesse de rotation (jù. La FIGURE 2 illustre deux courbes caractéristiques 200a, 200b d’une machine électrique rotative.
La première courbe caractéristique 200a illustre la réponse de la machine électrique rotative lorsque le courant d’excitation est fourni par une alimentation externe, séparée, via une excitation séparée. Dans ce cas, iexc = 5A et UALT = 14V.
La deuxième courbe caractéristique 200b illustre la réponse de la machine électrique rotative montée sur un véhicule automobile. Dans ce cas, iexc = 5A et UALT = 14V mais le courant de sortie fournie à la batterie et aux charge et de ls moins 5A du courant d’excitation.
On constate ainsi que pour de faibles valeurs de vitesses de rotation (jù, la machine électrique rotative ne débité aucun courant. En revanche, à partir d’une valeur seuil 201a, 20lb, dite vitesse d’amorçage ωθ, la machine électrique rotative débite un courant de sortie is non nul.
Au-delà de la vitesse d’amorçage (Όθ, le courant de sortie is croit de manière monotone, avec une accélération décroissante, jusqu’à atteindre une valeur asymptotique 202a, 202b pour une vitesse de rotation maximal 203 de la machine électrique rotative.
Conformément au premier aspect de l’invention, il est donc possible de déterminer le courant de sortie is d’une telle machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur en : ~ déterminant un nombre représentatif d’une vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative ; ~ si la vitesse de rotation représentatif d’une vitesse de rotation est supérieure à un nombre de la vitesse d’amorçage (<Όθ) prédéterminé, détermination d’un courant de sortie (is) en fonction : ï$ = ïexc X g((ù) du nombre représentatif de la vitesse de rotation (ω) et g est une fonction de degré au moins 2.
Eventuellement, le courant de sortie is peut être choisi parmi des valeurs préenregistrées durant un étalonnage de la machine électrique rotative, l’étalonnage visant à mesurer les différentes valeurs du courant de sortie is en fonction de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative, telles qu’illustrées sur la FIGURE 2.
Afin d’améliorer la précision de la détermination du courant de sortie is de la machine électrique fonctionnant en mode alternateur, ledit courant de sortie is peut être avantageusement calculé à partir des étapes suivantes : ~ récupération du nombre représentatif du courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative déterminé lors du procédé d’estimation de la vitesse d’amorçage (jùq tel que décrit précédemment ; ~ détermination d’un nombre représentatif de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative ; γλ , , . . ir ismax , ~ détermination d un gain K représentant le rapport entre i^max et iexc_max : K — :- a iexcmax une vitesse de rotation maximum (Jùmax de la machine électrique rotative ; ~ estimation d’un nombre représentatif du courant de sortie is : O si (jù < (jùq alors I5 = 0 ; ,, . f ω-ω0\ O sinon ls — K X lexc X g χ J ; où (jùq est la vitesse d’amorçage obtenue par le procédé d’estimation de la vitesse d’amorçage (jùq tel que décrit précédemment, X est un facteur d’échelle et g une fonction.
De manière avantageuse, la présente invention conforme à son premier aspect soutien que la précision du courant de sortie is est améliorée si la fonction g est prise comme étant dépendant du terme tangente. Plus particulièrement, la fonction g peut être du type d’une tangente hyperbolique ou d’une arctangente, et la vitesse d’amorçage (jùq de la machine électrique rotative prend alors la forme suivante :
La détermination du courant de sortie à l’aide de l’estimateur conforme au premier aspect de l’invention permet consécutivement de réaliser une limitation du courant de sortie is d’une machine électrique rotative en : — estimant du courant de sortie is de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie is tel que décrit précédemment ; — si le courant de sortie is estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de courant de sortie prédéfinie iseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.
Ce procédé de limitation du courant de sortie is se base ainsi sur l’estimateur du courant de sortie is ainsi que la vitesse d’amorçage (jùq prédéterminé pour réguler de manière plus précise la machine électrique rotative. En particulier, et sans ajout supplémentaire de capteurs difficiles à intégrer dans le domaine automobile par exemple, il est possible à l’aide du procédé de limitation conforme au deuxième aspect de l’invention de contrôler la charge électrique de la machine électrique rotative sur le réseau électrique sur lequel elle est embarquée.
Consécutivement, il est ainsi possible d’estimer de manière plus précise le couple résistif CALT de la machine électrique rotative à l’aide de la formule suivante :
Alternativement, il est possible de prendre en compte le rendement T] de la machine électrique rotative pour déterminer le couple résistif :
La FIGURE 3 illustre un exemple de réalisation d’un module électronique 410 conforme au cinquième aspect de l’invention et permettant de limiter le couple résistif CALT d’une machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur.
Le module électronique 410 prend ici la forme d’un régulateur comprenant un premier étage 411, 412 dans lequel : ~ à partir d’une vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative, une première partie 411 détermine le courant de sortie is de la machine électrique rotative via les procédés décrits
précédemment en référence aux FIGURES 1 et 2 et conformément au premier aspect de l’invention ; — à partir d’une consigne 4Ό1 de couple recherché et/ou de couple seuil à ne pas dépasser pour la machine électrique rotative ainsi que le courant de sortie is estimé par la première partie 411, une deuxième partie 412 du premier étage 411, 412 du module électronique 410 calcule (estime) le couple résistif correspondant de la machine électrique rotative via le procédé conforme au troisième aspect de l’invention. Dans le domaine automobile, la consigne de couple 401 est envoyée au module électronique 410 par une unité de contrôle moteur non représentée, par l’intermédiaire d’une interface de communication de type LIN (acronyme anglais pour « Local Interconnected Network », réseau internet local) par exemple. En fonction de la valeur calculée pour le couple résistif, et de la comparaison avec la consigne de couple 401, la deuxième partie 412 du premier étage 411, 412 du module électronique 410 transmet une consigne de régulation 406 à un deuxième étage 413, 414 du module électronique 410.
Le deuxième étage comprend un régulateur de tension 413 à partir d’une consigne en tension 402 et un étage d’excitation 414· A partir de la consigne de régulation 406, le régulateur de tension 413 détermine le courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative : si le couple calculé par le premier étage 411, 412 du module électronique 410 est inférieur à la consigne de couple 401, alors le courant d’excitation iexc généré par l’étage d’excitation 414 n’est pas modifié ; en revanche, si le couple calculé par le premier étage 411, 412 du module électronique 410 est supérieur à la consigne de couple 401, alors le courant d’excitation iexc est diminué par le régulateur de tension 413 du deuxième étage 413, 414 du module électronique 410 de manière à réduire la valeur du couple résistif CALT à une valeur inférieure à la valeur de la consigne de couple 401.
Sur la FIGURE 3, le module électronique 410 jouant le rôle de régulateur de couple mettant en œuvre au moins une partie des procédés conformes aux premier et/ou deuxième et/ou troisième et/ou quatrième aspects de l’invention est situé en amont d’un système électrique comprenant : ~ une machine électrique rotative 420 pouvant fonctionner suivant un mode alternateur, et débitant dans le système électrique un courant de sortie is 408 ; ~ un dispositif de stockage d’énergie électrique 430, prenant ici la forme de capacitances électriques 431 placées en parallèles par rapport à la machine électrique rotative 420 ; ~ une charge électrique 440 symbolisée par une résistance électrique 441 et représentant au moins une partie du système électrique, ladite résistance électrique 441 étant placée dans une configuration parallèle par rapport au dispositif de stockage d’énergie 430.
La FIGURE 4 illustre un schéma de principe d’un module électronique 600 conforme au cinquième aspect de l’invention et permettant de contrôler le couple résistif CALT d’une machine électrique rotative.
Le module électronique comprend des moyens de mesure et/ou de détermination 614 de trois variables de fonctionnement de la machine électrique rotative : — des moyens de mesure et/ou d’estimation de la tension d’alimentation 615 agencés pour mesurer et/ou estimé la tension d’alimentation B+ du système électrique dans lequel la machine électrique rotative est embarquée. Dans le cas d’une utilisation dans le domaine automobile, il peut s’agir par exemple du réseau de bord ; — des moyens de mesure du courant d’excitation 6l6 ; — des moyens de mesure et/ou d’estimation de la vitesse de rotation 617 de la machine électrique rotative. En particulier, il est avantageux de déterminer la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique rotative à partir d’au moins une mesure sur un signal électrique de commande de ladite machine électrique, c’se-à-dire d’au moins une ph ase électrique.
La mesure de courant d’excitation et la mesure et/ou d’estimation de la vitesse de rotation 617 d’entrée sont ensuite utilisées pour estimer la valeur d’un courant de sortie 619 de la machine électrique, conformément au premier aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.
Le courant de sortie 619 estimé, la tension d’alimentation 615 de la machine électrique rotative et sa vitesse de rotation 617 sont ensuite traités par un estimateur de couple résistif 6l8 agencé pour déterminer le couple résistif 621 de la machine électrique rotative conformément au troisième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.
En particulier, l’estimateur de couple résistif 6l8 comprend : — des étages d’amplification et de filtrage 620 pour chacune des variables d’entrées mesurées et/ou déterminées par les moyens de mesure et/ou de détermination 614 ; — un multiplicateur 621 configuré pour combiner les résultats de mesure et/ou de d’estimation amplifiés et filtrés par les étages d’amplification et de filtrage 620 pour, en prenant en compte le rendement T] de la machine électrique rotative, déterminer le couple résistif estimé de ladite machine électrique rotative et conformément au troisième aspect de l’invention, tel que décrit précédemment ; ~ un soustracteur 622 permettant de déterminer l’écart entre le couple résistif de la machine électrique rotative et tel qu’estimé à l’étape précédente et une consigne de couple Cseuj| représentant une valeur seuil de couple résistif telle que décrite précédemment permettant de déclencher une régulation du courant d’excitation si le coupe de sortie estimé dépasse cette valeur seuil, conformément au quatrième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment ; — un moyen de mise en forme et/ou de conditionnement du signal 623·
La sortie 624 de l’estimateur de couple résistif 6l8 de la machine électrique rotative est appliquée à un dispositif 625 configuré pour limiter le courant d’excitation de ladite machine électrique rotative conformément au cinquième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.
En particulier, le dispositif 625 est configuré pour limiter le rapport cyclique variable élaboré par le régulateur de tension 626 de la machine électrique rotative à un rapport cyclique maximum DCCLIMIT au moyen par exemple d'un gabarit de limitation du rapport cyclique 627 lorsque l'estimation du couple résistif CALT est supérieure à la valeur seuil de couple résistif Cseuj|.
Ainsi le générateur de signaux 628 pilotant le courant d'excitation de la machine électrique rotative fournit : — des signaux PWM dont le rapport cyclique variable est déterminé par le régulateur de tension 626 de manière à maintenir la tension d'alimentation B+ à la tension de consigne B REF quand l'estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative est inférieure à la valeur seuil de couple résistif Cseuj| ; et — des signaux PWM présentant un rapport cyclique maximum DC C LIMIT quand un fort appel de charge sur le réseau électrique de bord entraînerait, s'il n'était contrôlé, un couple résistif CALT de la machine électrique rotative supérieur à la valeur seuil de couple résistif Cseui|-
Les traitements analogiques et/ou numériques des variables d’entrées délivrées par les moyens de mesure et/ou d’estimation 614, l’estimateur de couple résistif 6l8 et le dispositif 625 peuvent être mis en œuvre par programme au moyen de routines supplémentaires implémentés avantageusement dans des mémoires de microprocesseurs ou de microcontrôleurs que comprennent les dispositifs de régulation des alternateurs modernes standard. Ces traitements peuvent aussi être implémentés en logique numérique (de type ASIC) ou programmable (FPGA, CPLD).
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.
"Method of controlling a rotary electric machine alternator"
Technical area
The present invention is in the field of alternators intended to be coupled to a motor vehicle engine. More particularly, an object of the present invention relates to a method for estimating a starting speed of a rotary electric machine and a method for controlling the resistive torque of the rotor of the rotary electric machine. Another object of the invention also relates to an electronic module for limiting the resistive torque of the rotary electric machine, and a rotary electric machine configured to implement the method of controlling the resistive torque. State of the art
In the automotive field, alternators are known whose voltage supplied to the on-board electrical network is kept constant by a regulator. In a schematic manner, the regulator retrieves data transmitted by an engine control unit in order to configure the alternator to optimize the charging of the battery and the production of electricity necessary for the electronic equipment of the motor vehicle.
In a known manner, the regulator takes into account the speed of the rotor as well as the output voltage of the alternator and for certain regulator the current of the rotor. It is known that the alternator takes a torque on the heat engine and this according to the speed and current flow of the alternator.
Thus, it is conceivable for example that the alternator should not take output torque of the engine at startup of said engine, or even during acceleration to improve the performance of vehicles, for example small engine capacity. The control optimization of a heat engine also requires controlling the torque taken by the alternator. It is thus necessary to know precisely the value of the torque taken by the alternator. More importantly, it is necessary to know the value of the torque taken by the alternator in order to optimize its regulation according to the operating speed of the engine.
Thus, the torque control taken by the alternator is a function more and more requested by car manufacturers, integrable and at an advantageous cost; and there is therefore a growing need to supplement the voltage regulation of said alternator by regulation and / or control of the torque taken by the alternator on the engine.
According to a first known alternative, the torque can be measured using a torque meter comprising, for example, a sensor of the Hall effect or optical sensor type, etc. Such sensors are very expensive in automotive applications and their integration between the engine and the alternator is very complex in view of the available space in particular.
According to a second known choice, the torque can be determined using torque estimators according to certain operating variables of the alternator and / or of the electrical system to which it is connected and / or of the engine to which it is coupled. Such torque estimators thus make it possible to reduce manufacturing and integration costs in the automotive field.
The present invention more particularly addresses the estimation of the static torque of an alternator rotating at average data speeds comprising small variations defined by the amplitude and the frequency around the average value. Each average speed corresponds to a speed in the operating range of the alternator. The estimator neglects the dynamic torque of the alternator which is related to the acceleration or deceleration of the rotor. Indeed, in the case of small rotational speed variations, the dynamic torque - related to the inertia of the rotor of the alternator - is considered negligible. It is considered that the static torque is a good estimator of the resisting torque of the alternator.
In known manner, the resistive torque is determined by the following relationship:
where U is the output voltage of the alternator, t is the excitation current of the alternator, i] is the efficiency of the alternator and where is the rotational speed of the alternator.
Document FR2976422 B1 discloses a torque estimator in which the excitation current of the alternator t is determined using only two variables: is the output voltage of the alternator U and is the rotational speed (i.e. In practice, the estimator has been designed for a predetermined operating point to avoid mechanical damage to the pulley, for example, and therefore this estimator is no longer accurate outside this predetermined value. can not be used in the full range of torque of an alternator, it appears that this current estimator is not accurate enough according to the operating modes of the alternator.Consequently, this inaccuracy is propagated to the estimator of resistance of the alternator on the one hand, and the regulation of the alternator on the other hand.
It is an object of the present invention to at least substantially meet the foregoing problems and to further provide other advantages.
A torque estimator in the operating range of the alternator, which requires: - a current estimator in the alternator current range;
Another object of the present invention is to provide a more accurate estimator of the initiation speed of a rotary electric machine.
Another object of the invention is to propose a new estimator of the output current of a rotary electric machine to solve at least one of these problems and to allow a better estimation of the resisting torque of the alternator.
Presentation of the invention
According to a first aspect of the invention, at least one of the above-mentioned objectives is reached with a method for estimating the output current of a rotary electric machine, said method for estimating the output current comprising the following steps: - determining a representative number of a rotational speed (ω) of the rotary electric machine; Determination of a representative number of the excitation current iexc of the rotary electric machine; - if the rotational speed representative of a rotational speed is greater than a number of the initiation speed ( <Όθ) predetermined, determining an output current (is) according to: ï $ = ïexc X g (iù) of which g is a function of at least 2 degrees. It is thus possible to recover the kinetic energy of the motor vehicle during the so-called regenerative braking pulses, by controlling the excitation current iex so as to generate a maximum output current at the output of the electric machine in order to store the energy. electrical energy in a battery, for example a lithium-ion battery.
In which the function is a function of degree 3 · The invention may advantageously comprise at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements being able to be taken alone or in combination: the output current is chosen from prerecorded values during a calibration of the rotating electrical machine. Indeed, the calibration of the rotary electric machine can make it possible to determine the different values of the output current is for each of the triplets Icxc; UALT; This calibration can be performed from several physical rotational speed measurements for Îicxc commands; UALTJ, each of the measured values being stored in a memory prior to the installation of the rotary electric machine. More particularly, the excitation current is and / or the alternator output value UALT and / or the rotational speed 0) of the rotary electrical machine are successively incremented by an incremental value in order to measure as many as possible corresponding output currents are within a given utilization range. Thus, later, when the rotary electric machine is used in alternator mode, it is possible to very quickly determine the estimated value of the output current as a function of the data Icxc; UALT; ü) J pre-recorded in a stored database. Optionally, for intermediate values of the triplets Icxc; UALT; With respect to the pre-recorded values, a regression, for example linear, is performed to determine the output current is the closest. Alternatively, the output current is is approximated as that corresponding to the triplet Icxc; UALT; ü) J nearest. Alternatively again, the output current can be obtained by truncation; ~ the method of estimating the output current is in accordance with the invention or any of its improvements comprises the following steps: - determination of a gain K representing the ratio between fomax and iexc_max: K = --- at a maximum rotational speed of the rotary electric machine; iexcmax - estimate of a representative number of the output current is: if 0) <(juq then is = 0, otherwise ί $ = KX Iexc X 9 (- ~ where ύ) θ is the predetermined boot speed, X is a scale factor and g is a function, so it is possible to determine by estimating the output current is generated by the rotary electric machine in order to quantify the electrical energy stored in the battery of the motor vehicle and to control the state of charge of said battery, more particularly, this estimator makes it possible to propose a redundant evaluation of the state of charge of the battery, in addition to an electrical measurement made directly at the level of said battery, thus the redundancy proposed by the evaluator of the output current is of the electric machine makes it possible to confirm - or to refute the case appropriate - the measurement of the state of charge carried out at the level of the battery. ~ the function g is dependent on the tangent term; ~ the function g is of the type of a hyperbolic tangent, the output current is being defined by: if (jù Then i = 0, otherwise = KX lexc X tanh-; ~ the function g is of the type of an arctangent, the output current is being defined by: <ά) θ then I5 = 0, else I5 = KX lexc X tan -.
X
The predetermined firing rate (j) represents a minimum rotational firing rate of a rotating electric machine rotor from which the forced rotation of said rotor generates a non-zero induced output current. The predetermined priming is the average of the priming speeds of the operating range of the alternator.
According to a second aspect of the invention, there is provided a method for limiting the output current is of a rotary electric machine comprising the following steps: - estimation of the output current is of the rotary electric machine using the method estimating the output current according to the first aspect of the invention or according to any one of its improvements; If the output current is estimated from the rotary electric machine is greater than a predefined output current threshold value is, the excitation current is reduced.
According to this second aspect, the method for limiting the output current is of the rotary electric machine makes it possible to control said electric machine and to control its impact on the electrical system in which it is integrated, in particular in the automotive field. Thus, the method of limiting the output current is of the rotary electric machine makes it possible to achieve a finer regulation of said rotary electric machine from a more accurate estimator determined by several electrical quantities and / or several operating variables of said rotary electric machine.
According to a third aspect of the invention, there is provided a method for estimating a resistive torque CALT of a rotary electric machine and comprising the following steps: estimating the output current is using the method of estimating the output current according to the first aspect of the invention or according to any one of its improvements; ~ recovery of the representative number of the alternator output voltage UALT; ~ recovery of the speed of the machine (jù ~ ~ estimation of a representative number of the resistive torque CALT of the rotary electric machine by the product of the output current is by the alternator output voltage UALT: Ealt = U ALT x is / ω.
The method for estimating the resistive torque CALT of a rotary electric machine is based on the previously calculated estimators in the first aspect of the invention. In its third aspect, the method for estimating the resistive torque CALT benefits from the best accuracy of the estimator of the output current is by means of the method of estimating the output current according to the first aspect of the invention or according to any one of his improvements. The resistive torque CALT determined by the method according to the third aspect is therefore also more accurate than those of the prior art. Thus, the engine control with the alternator can use the alternator resistant brake gradually or staged so that the user of the motor vehicle does not feel jerk.
Advantageously, in the method for estimating the resistive torque CALT of the rotary electric machine according to the third aspect of the invention, the resistive torque CALT of the rotary electric machine is defined by Cag- = ---, where i] is the performance of the rotary electric machine.
According to a fourth aspect of the invention, there is provided a method for limiting the resistive torque CALT of the rotary electrical machine comprising the following steps: ~ estimation of the resistive torque CALT of the rotary electric machine using the estimation method resistive torque according to the third aspect of the invention or any of its improvements; ~ if the estimated resistive torque CALT of the rotary electric machine is greater than a predefined resistive torque threshold value Cseuj |, reducing the excitation current iexc.
According to its fourth aspect, the method of limiting the resistive torque CALT of the rotary electric machine makes it possible to control said rotary electric machine and to control its impact on the electrical system in which it is integrated, particularly in the automotive field. More particularly, in the automotive field and in an alternator mode of operation, the method of limiting the resistive torque CALT according to the fourth aspect of the invention makes it possible to control the impact of the rotary electric machine on a heat engine to which it is coupled. . Thus, the method of limiting the resistive torque CALT of the rotary electric machine makes it possible to achieve a finer regulation of said rotary electric machine from a more accurate estimator and determined by several electrical and / or operating quantities of said electrical machine. .
According to a fifth aspect of the invention, there is provided an electronic module for limiting a resistive torque of a rotary electric machine, the electronic module being arranged to implement the steps of the processes according to any of the methods according to the first and / or second and / or third and / or fourth aspects of the invention or any of their improvements.
Advantageously, the electronic module according to the fifth aspect of the invention comprises: a device for determining an output current is of the rotary electric machine. By way of nonlimiting examples, it may be for example a Hall effect sensor or an electrical or electronic component for controlling the excitation current iexc of the rotary electric machine, such as a transistor or a measurement resistor of very low impedance, called sbunt resistance; A device for determining an alternator output voltage UALT of said rotary electric machine. By way of nonlimiting example, it may be for example an analog-digital converter measuring the alternator output voltage UALT at the electrical conductors of the rotary electrical machine on which the induced current is created during the rotating said rotary electric machine; An electronic circuit configured to implement the steps of the method of limiting the resistive torque CALT according to the fourth aspect of the invention or to any of its improvements.
According to a sixth aspect of the invention, there is provided a rotary electrical machine comprising: at least one alternator mode; A device for determining an excitation current iexc of a stator of the alternator; A device for determining an alternator output voltage UALT; A device for determining a rotational speed (ù of an alternator rotor), an electronic circuit configured to implement all the steps of the torque limiting method CALT according to the fourth aspect of the invention; to any of his improvements.
Various embodiments of the invention are provided, integrating, according to all of their possible combinations, the various optional features set forth herein.
DESCRIPTION OF THE FIGURES Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, on the one hand, and from several exemplary embodiments given by way of non-limiting indication with reference to the appended schematic drawings, on the other hand , in which: - FIGURE 1 is a functional diagram illustrating the method of estimating the output current as a function of the rotational speed and the excitation current; FIG. 2 is a graph illustrating a characterization of an output current of the rotary electric machine operating in alternator mode, as a function of the speed of rotation of the rotary electric machine, the excitation current and the output voltage. ; FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of an electronic module limiting the resistive torque of a rotary electric machine according to the fifth aspect of the invention; FIG. 4 illustrates, through a schematic diagram, an exemplary embodiment of a method for estimating the output current according to the first aspect of the invention.
Of course, the features, variants and different embodiments of the invention may be associated with each other, in various combinations, to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. It will be possible to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics subsequently described in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention compared in the state of the prior art.
In particular, all the variants and all the embodiments described are combinable with each other if nothing stands in the way of this combination at the technical level.
In the figures, the elements common to several figures retain the same reference.
Detailed description of the invention
FIGURE 1
FIG. 1 illustrates a functional diagram synthesizing a calculation method 500 of an output current estimator 525 of a rotating electrical machine that can operate according to an alternator mode.
The calculation method 500 comprises an optional first step 510 making it possible to determine a term representing a saturation current 515 of the rotary electrical machine from the excitation current 511 and the rotational speed 512 of said rotary electric machine. The saturation current 515 makes it possible to ultimately determine the output current 525 more precisely, but it is not necessary to determine the output current 525 when the rotary electric machine is used for lower rotational speeds and / or according to a "normal" operating mode in which the rotary electric machine delivers an output current 525 unsaturated.
In the case of a calculation method without the optional first step 510, the saturation current 515 is replaced by the measured excitation current. By way of nonlimiting example, a saturation current 515, isat can be determined by the following formula: tsat = Κ (ω) x / (5 (ω)) where gain K ((ji) is a gain which depends on the rotational speed (ji of the rotary electric machine, and S ((jù) is a saturation term which depends on the speed of rotation (jù of the rotary electric machine, in particular: ~ if the speed of rotation 0) of the rotary electric machine is less than a threshold value equal to about 2500 revolutions per minute, then the gain K is defined by: K (iu) = X (where + a, and b, respectively, are first gain values and of intercept for the gain K, and the saturation S is defined by S (ùj) = Cj X ù) + d ^, where c, and d, are respectively first gain and y-intercept values. the origin for the saturation S; ~ if the rotation speed 0) of the rotary electric machine is greater than a threshold value equal to about 2500 revolutions per minute, then the gain K is defined by: K (ίι>) = d2 X + b2, where a2 and b2 are respectively second gain and intercept values for the gain K; and saturation S is defined by S (ùj) = C2 X + d2, where c2 and d2 are respectively second gain and intercept values for saturation S.
And advantageously, the function f of the saturation S is preferably of the type of a tangent function, such as for example an arctangent or tangent hyperbolic function. the starting speed 535 of the rotary electric machine is predetermined. From the predetermined starting speed 535, the estimated potential saturation current 515 or excitation current, and the rotational speed 521 of the rotary electric machine, the method 500 estimates the output current 525 of the rotary electric machine according to the first aspect of the invention and as described above.
FIG. 2 illustrates a characterization of an output current is by a rotary electric machine operating in alternator mode, as a function of the rotational speed 0) of the rotary electric machine, of the excitation current iexc. The curve changes axially according to FIG. the output voltage UALT (not shown).
The characterization of the rotary electric machine is obtained by driving said rotary electric machine according to a plurality of different operating points. In other words, for different pairs of values of ί icxc and (ju), the output current is of the rotary electric machine is measured for a plurality of rotational speeds (ù). Output ls, Liait is fixed, for example the operating average, for example 14 V. This gives a curve characterizing the output current is as a function of the speed of rotation (FIGURE 2 illustrates two characteristic curves 200a, 200b of FIG. a rotating electric machine.
The first characteristic curve 200a illustrates the response of the rotating electrical machine when the excitation current is supplied by a separate external power supply via separate excitation. In this case, iexc = 5A and UALT = 14V.
The second characteristic curve 200b illustrates the response of the rotary electric machine mounted on a motor vehicle. In this case, iexc = 5A and UALT = 14V but the output current supplied to the battery and the load and at least 5A of the excitation current.
It can thus be seen that for low values of rotation speeds (j, the rotary electrical machine does not discharge any current, but on the other hand, from a threshold value 201a, 20b, referred to as the initiation speed θ, the rotary electrical machine debits an output current is not zero.
Beyond the firing rate (Όθ), the output current is monotonically increases, with a decreasing acceleration, until reaching an asymptotic value 202a, 202b for a maximum rotational speed 203 of the rotary electric machine.
According to the first aspect of the invention, it is therefore possible to determine the output current is of such a rotary electric machine operating in alternator mode by: determining a representative number of a rotation speed 0) of the electric machine rotary; ~ if the rotational speed representative of a rotational speed is greater than a number of the initiation speed ( <Όθ) predetermined, determining an output current (is) according to: ï $ = ïexc X g ((ù) of the representative number of the speed of rotation (ω) and g is a function of degree at least 2.
Optionally, the output current Is can be selected from pre-recorded values during a calibration of the rotary electrical machine, the calibration to measure the different values of the output current is as a function of the rotational speed (ji of the electric machine as shown in FIG. 2.
In order to improve the accuracy of the determination of the output current is of the electric machine operating in alternator mode, said output current is advantageously calculated from the following steps: ~ recovery of the representative number of the excitation current iexc of the rotary electric machine determined during the method of estimating the initiation speed (juq as described above; ~ determination of a representative number of the speed of rotation (jù of the rotary electric machine; γλ,., ir. ismax, ~ determination of a gain K representing the ratio between i ^ max and iexc_max: K -: - a iexcmax a maximum speed of rotation (Jmax of the rotary electric machine; ~ estimate of a representative number of the output current is: O if (where Then I5 = 0; ,, f ω-ω0 \ O otherwise ls - KX lexc X g χ J; where (jùq is the priming speed obtained by the method of estimating the initiation speed ( As previously described, X is a scale factor and g is a function.
Advantageously, the present invention in its first aspect supports that the accuracy of the output current is improved if the function g is taken to be dependent on the tangent term. More particularly, the function g may be of the type of a hyperbolic tangent or arctangent, and the initiation speed (juq of the rotary electrical machine then takes the following form:
The determination of the output current by means of the estimator according to the first aspect of the invention consecutively makes it possible to limit the output current is of a rotary electric machine by: - estimating output current is from the rotary electric machine using the method of estimating the output current is as previously described; If the output current is estimated from the rotary electric machine is greater than a predefined output current threshold value is, the excitation current is reduced.
This method of limiting the output current is thus based on the estimator of the output current is as well as the initiation rate (iu predetermined for more precisely regulating the rotary electric machine. sensors difficult to integrate in the automotive field for example, it is possible using the limiting method according to the second aspect of the invention to control the electrical load of the rotary electrical machine on the electrical network on which it is embedded.
Consecutively, it is thus possible to estimate more precisely the resistive torque CALT of the rotary electric machine by means of the following formula:
Alternatively, it is possible to take into account the efficiency T] of the rotary electric machine to determine the resistive torque:
FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of an electronic module 410 according to the fifth aspect of the invention and making it possible to limit the resistive torque CALT of a rotary electric machine operating in alternator mode.
The electronic module 410 here takes the form of a regulator comprising a first stage 411, 412 in which: starting from a rotational speed (ji of the rotary electric machine, a first part 411 determines the output current is from the rotary electric machine via the methods described
previously with reference to FIGURES 1 and 2 and according to the first aspect of the invention; From a reference 4Ό1 of desired torque and / or threshold torque not to be exceeded for the rotary electric machine and the output current is estimated by the first part 411, a second part 412 of the first stage 411, 412 of the electronic module 410 calculates (estimates) the corresponding resistive torque of the rotary electric machine via the method according to the third aspect of the invention. In the automotive field, the torque instruction 401 is sent to the electronic module 410 by a motor control unit, not shown, via a communication interface of LIN type (acronym for "Local Interconnected Network", Internet network local) for example. As a function of the value calculated for the resistive torque, and the comparison with the torque setpoint 401, the second portion 412 of the first stage 411, 412 of the electronic module 410 transmits a regulation setpoint 406 to a second stage 413, 414 of the electronic module 410.
The second stage comprises a voltage regulator 413 from a voltage setpoint 402 and an excitation stage 414. From the regulation setpoint 406, the voltage regulator 413 determines the excitation current iexc of the machine. rotary electric: if the torque calculated by the first stage 411, 412 of the electronic module 410 is less than the torque setpoint 401, then the excitation current iexc generated by the excitation stage 414 is not modified; on the other hand, if the torque calculated by the first stage 411, 412 of the electronic module 410 is greater than the torque setpoint 401, then the excitation current iexc is decreased by the voltage regulator 413 of the second stage 413, 414 of the module electronics 410 so as to reduce the value of the resistive torque CALT to a value lower than the value of the torque reference 401.
In FIG. 3, the electronic module 410 acting as a torque regulator implementing at least a part of the methods in accordance with the first and / or second and / or third and / or fourth aspects of the invention is located upstream of FIG. an electrical system comprising: a rotary electric machine 420 operable in an alternator mode, and delivering in the electrical system an output current is 408; ~ an electrical energy storage device 430, here taking the form of electrical capacitances 431 placed in parallel with respect to the rotary electrical machine 420; ~ an electric charge 440 symbolized by an electrical resistance 441 and representing at least a part of the electrical system, said electrical resistance 441 being placed in a parallel configuration with respect to the energy storage device 430.
FIG. 4 illustrates a block diagram of an electronic module 600 according to the fifth aspect of the invention and making it possible to control the resistive torque CALT of a rotary electric machine.
The electronic module comprises means for measuring and / or determining 614 three operating variables of the rotary electrical machine: measuring means and / or estimating the supply voltage 615 arranged to measure and / or estimate the supply voltage B + of the electrical system in which the rotary electrical machine is embarked. In the case of use in the automotive field, it may be for example the on-board network; Means for measuring the excitation current 616; Means for measuring and / or estimating the speed of rotation 617 of the rotary electric machine. In particular, it is advantageous to determine the rotational speed of the rotor of the rotary electric machine from at least one measurement on an electrical control signal of said electrical machine, that is to say at least one electrical phase.
The measurement of the excitation current and the measurement and / or estimation of the input rotation speed 617 are then used to estimate the value of an output current 619 of the electric machine, in accordance with the first aspect of the invention. invention and as previously described.
The estimated output current 619, the supply voltage 615 of the rotary electric machine and its rotational speed 617 are then processed by a resistive torque estimator 618 arranged to determine the resistive torque 621 of the rotary electric machine according to the third aspect. of the invention and as described above.
In particular, the resistive torque estimator 618 comprises: amplification and filtering stages 620 for each input variable measured and / or determined by the measurement and / or determination means 614; A multiplier 621 configured to combine the measurement and / or estimation results amplified and filtered by the amplification and filtering stages 620, taking into account the efficiency T] of the rotary electric machine, determining the torque estimated resistive of said rotary electric machine and according to the third aspect of the invention, as previously described; ~ a subtractor 622 for determining the difference between the resistive torque of the rotary electric machine and as estimated in the previous step and a set torque Cseuj | representing a resistive torque threshold value as described above for triggering a regulation of the excitation current if the estimated output cut exceeds this threshold value, according to the fourth aspect of the invention and as described above; A means for shaping and / or conditioning the signal 623
The output 624 of the resistive torque estimator 618 of the rotary electric machine is applied to a device 625 configured to limit the excitation current of said rotary electric machine according to the fifth aspect of the invention and as previously described.
In particular, the device 625 is configured to limit the variable duty cycle produced by the voltage regulator 626 of the rotary electric machine to a maximum duty cycle DCCLIMIT by means for example of a duty cycle limiting mask 627 when the estimation the resistive torque CALT is greater than the threshold value of resistive torque Cseuj |
Thus, the signal generator 628 controlling the excitation current of the rotary electrical machine supplies: PWM signals whose variable duty cycle is determined by the voltage regulator 626 so as to maintain the supply voltage B + at the voltage of setpoint B REF when the estimation of the resistive torque CALT of the rotary electric machine is lower than the threshold value of resistive torque Cseuj | ; and PWM signals having a maximum duty cycle DC C LIMIT when a strong load call on the on-board electrical network would, if it were not controlled, cause a resistive torque CALT of the rotary electrical machine greater than the threshold value of resistive couple Cseui | -
The analog and / or digital processing of the input variables delivered by the measurement and / or estimation means 614, the resistive torque estimator 618 and the device 625 can be implemented programmatically by means of additional routines implemented. advantageously in memories of microprocessors or microcontrollers that include standard modern alternator control devices. These treatments can also be implemented in digital logic (ASIC type) or programmable logic (FPGA, CPLD).
Of course, the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In particular, the various features, shapes, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. In particular all the variants and embodiments described above are combinable with each other.
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