FR3079691A1 - METHOD FOR TORQUE CONTROL OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE WHEN ASSISTING A THERMAL ENGINE - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un procédé de contrôle en couple d'une machine électrique tournante lors d'une phase d'assistance en couple d'un moteur thermique, ladite machine électrique tournante comportant un stator et un rotor bobiné destiné à être parcouru par un courant d'excitation (lexc), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de normalisation d'un couple de consigne (Tcons), - une étape de détermination d'un angle d'avance (A_av) à partir du couple de consigne normalisé (Tcons_norm) et d'une vitesse de rotation (Wmel) de la machine électrique tournante, - une étape de détermination d'un courant d'excitation (lexc) du rotor à partir du couple de consigne normalisé (Tcons_norm) et de la vitesse de rotation (Wmel) de la machine électrique tournante, et - une étape d'application d'un couple (Tmel) par la machine électrique tournante suivant l'angle d'avance (A_av) et le courant d'excitation (lexc) du rotor précédemment déterminés.The invention relates principally to a method of controlling in torque a rotating electrical machine during a torque assist phase of a heat engine, said rotating electrical machine comprising a stator and a wound rotor intended to be traversed by an excitation current (lexc), characterized in that said method comprises: - a step of normalizing a setpoint torque (Tcons), - a step of determining an advance angle (A_av) from the standard setpoint torque (Tcons_norm) and a rotation speed (Wmel) of the rotating electrical machine; - a step of determining an excitation current (lexc) of the rotor from the normalized setpoint torque (Tcons_norm) and the speed of rotation (Wmel) of the rotating electrical machine, and - a step of applying a torque (Tmel) by the rotating electrical machine according to the angle of advance (A_av) and the excitation current (lexc) rotor previously determined ed.
Description
PROCÉDÉ DE CONTRÔLE EN COUPLE D'UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE LORS DE L'ASSISTANCE D'UN MOTEUR THERMIQUEMETHOD FOR TORQUE CONTROL OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE WHEN SUPPORTING A HEAT ENGINE
La présente invention porte sur un procédé de contrôle en couple d'une machine électrique tournante lors de l'assistance d'un moteur thermique.The present invention relates to a method of torque control of a rotary electric machine during the assistance of a heat engine.
De façon connue en soi, une machine électrique réversible peut être accouplée au moteur thermique via la façade accessoires. Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour fournir un couple au véhicule.In a manner known per se, a reversible electric machine can be coupled to the heat engine via the accessories front. This electric machine, commonly called alternator-starter, is capable of operating in a generator mode to recharge a battery of the vehicle as well as in an engine mode to provide a torque to the vehicle.
Le mode moteur peut notamment être utilisé dans une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique en fonction des conditions de circulation (fonction dite STT pour stop and start en anglais), une fonction d'assistance au calage du moteur thermique, une fonction dite boost en anglais permettant à la machine électrique d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase de roulage en mode thermique, et une fonction de roue libre, dite de coasting en anglais, permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes.The engine mode can in particular be used in an automatic engine stop and restart function according to the traffic conditions (so-called STT function for stop and start in English), a stall assist function, so-called boost function in English allowing the electric machine to punctually assist the heat engine during a taxiing phase in thermal mode, and a freewheeling function, called coasting in English, used to automate the opening of the powertrain without any explicit action by the driver to reduce engine speed or stop it to minimize fuel consumption and polluting emissions.
Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique de fournir de l'énergie électrique à la batterie lors d'une phase de freinage.The generator mode can be used in a regenerative braking function allowing the electric machine to supply electrical energy to the battery during a braking phase.
L'invention vise à intégrer une fonction de contrôle en couple à un régime de vitesse établi afin de consommer de l’énergie récupérée lors d'une phase de freinage récupératif pour assister le moteur thermique en fournissant du couple et autoriser une future récupération d’énergie.The invention aims to integrate a torque control function into an established speed regime in order to consume energy recovered during a regenerative braking phase to assist the heat engine by supplying torque and authorizing future recovery of energy.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de contrôle en couple d’une machine électrique tournante lors d’une phase d’assistance en couple d’un moteur thermique, ladite machine électrique tournante comportant un stator et un rotor bobiné destiné à être parcouru par un courant d'excitation, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:More specifically, the subject of the invention is a method of torque control of a rotary electric machine during a torque assistance phase of a heat engine, said rotary electric machine comprising a stator and a wound rotor intended to be traversed by an excitation current, characterized in that said method comprises:
- une étape de normalisation d’un couple de consigne,- a step of normalizing a setpoint torque,
- une étape de détermination d’un angle d’avance à partir du couple de consigne normalisé et d’une vitesse de rotation de la machine électrique tournante,- a step of determining an advance angle from the standard setpoint torque and a speed of rotation of the rotary electric machine,
- une étape de détermination d’un courant d’excitation du rotor à partir du couple de consigne normalisé et de la vitesse de rotation de la machine électrique tournante, eta step of determining an excitation current of the rotor from the standard setpoint torque and the speed of rotation of the rotary electric machine, and
- une étape d’application d’un couple par la machine électrique tournante suivant l’angle d’avance et le courant d’excitation du rotor précédemment déterminés.- a step of applying a torque by the rotary electrical machine according to the angle of advance and the excitation current of the rotor previously determined.
Selon une mise en oeuvre, l'angle d’avance est déterminé au moyen d’une cartographie.According to one implementation, the angle of advance is determined by means of a mapping.
Selon une mise en oeuvre, le courant d’excitation du rotor est déterminé au moyen d’une cartographie.According to one implementation, the excitation current of the rotor is determined by means of a mapping.
Selon une mise en oeuvre, le couple de consigne normalisé est égal au ratio du couple de consigne divisé par le couple maximal de la machine électrique tournante.According to one implementation, the normalized setpoint torque is equal to the ratio of the setpoint torque divided by the maximum torque of the rotary electrical machine.
Selon une mise en oeuvre, le couple de consigne est saturé par un couple maximal de la machine électrique tournante.According to one implementation, the setpoint torque is saturated by a maximum torque of the rotary electric machine.
Selon une mise en oeuvre, le couple maximal est déterminé au moyen d’une cartographie à partir d’une tension de sortie de la machine électrique tournante.According to one implementation, the maximum torque is determined by means of a map from an output voltage of the rotary electrical machine.
Selon une mise en oeuvre, le courant d’excitation du rotor est obtenu à partir d'un produit entre un courant d’excitation normalisé et un courant d'excitation maximal du rotor.According to one implementation, the excitation current of the rotor is obtained from a product between a normalized excitation current and a maximum excitation current of the rotor.
Selon une mise en oeuvre, le courant d'excitation maximal est déterminé au moyen d’une cartographie à partir d’une tension de sortie de la machine électrique tournante.According to one implementation, the maximum excitation current is determined by means of a map from an output voltage of the rotary electric machine.
Selon une mise en oeuvre, la vitesse de rotation de la machine électrique tournante est mesurée au moyen de capteurs, tels que des capteurs analogiques à effet Hall.According to one implementation, the speed of rotation of the rotary electrical machine is measured by means of sensors, such as analog Hall effect sensors.
L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle en couple de la machine électrique tournante tel que précédemment défini.The invention also relates to a control module for a rotating electrical machine, characterized in that it includes a memory storing software instructions for implementing the torque control method of the rotating electrical machine as defined above.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle d'un alternodémarreur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention;Figure 1 is a functional schematic representation of an alternator starter implementing the method according to the invention;
La figure 2 est une représentation schématique des blocs fonctionnels permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de contrôle en couple de l'alterno-démarreur lors d'une phase d'assistance en couple du moteur thermique.FIG. 2 is a schematic representation of the functional blocks allowing the implementation of the method according to the invention of torque control of the alternator-starter during a torque assistance phase of the heat engine.
La figure 1 représente de façon schématique un alterno-démarreur 10 selon l'invention. L'alterno-démarreur 10 est destiné à être installé dans un véhicule comportant un réseau électrique de bord connecté à une batterie 12. Le réseau de bord pourra être de type 12V, 24V, ou 48V. L'alterno-démarreur 10 est accouplé à un moteur thermique 11 de façon connue en soi par un système à courroie 11' ou à chaîne implanté en façade accessoires.Figure 1 shows schematically an alternator-starter 10 according to the invention. The alternator-starter 10 is intended to be installed in a vehicle comprising an on-board electrical network connected to a battery 12. The on-board network may be of the 12V, 24V, or 48V type. The alternator-starter 10 is coupled to a heat engine 11 in a manner known per se by a belt system 11 'or chain installed on the accessory front.
En outre, l'alterno-démarreur 10 est apte à communiquer avec un calculateur moteur 15 suivant un protocole de communication de type LIN (Local Interconnect Network en anglais ou Réseau Internet Local en français) ou CAN (Controller Area Network en anglais qui est un bus de système série).In addition, the alternator-starter 10 is able to communicate with an engine computer 15 according to a communication protocol of the LIN type (Local Interconnect Network in English or Local Internet Network in French) or CAN (Controller Area Network in English which is a serial system bus).
L'alterno-démarreur 10 pourra fonctionner en mode alternateur appelé également mode générateur ou en mode moteur.The alternator-starter 10 can operate in alternator mode also called generator mode or in engine mode.
L'alterno-démarreur 10 comprend notamment une partie électrotechnique 13 et un module de contrôle 14.The alternator-starter 10 notably comprises an electrotechnical part 13 and a control module 14.
Plus précisément, la partie électrotechnique 13 comprend un élément induit 18 et un élément inducteur 19. Dans un exemple, l'induit 18 est le stator, et l'inducteur 19 est un rotor comportant une bobine d'excitation 20. Le stator 18 comprend un nombre N de phases. Dans l'exemple considéré, le stator 18 comporte trois phases U, V et W. En variante, le nombre N de phases pourra être égal à 5 pour une machine pentaphasée, à 6 pour une machine de type hexaphasée ou double triphasée ou à 7 pour une machine heptaphasée. Les phases du stator 18 pourront être couplées en triangle ou en étoile. Une combinaison de couplage triangle et étoile est également envisageable.More specifically, the electrotechnical part 13 comprises an armature element 18 and an inductor element 19. In one example, the armature 18 is the stator, and the inductor 19 is a rotor comprising an excitation coil 20. The stator 18 comprises a number N of phases. In the example considered, the stator 18 has three phases U, V and W. As a variant, the number N of phases may be equal to 5 for a five-phase machine, to 6 for a machine of the hexaphase or double three-phase type or to 7 for a heptaphase machine. The phases of the stator 18 can be coupled in a triangle or a star. A combination of triangle and star coupling is also possible.
Le module de contrôle 14 comprend un circuit d'excitation 141 intégrant un hacheur pour générer un courant d'excitation lexc qui est injecté dans la bobine d'excitation 20. La mesure du courant d’excitation pourra être réalisée par exemple à l'aide d'une résistance de type shunt.The control module 14 includes an excitation circuit 141 integrating a chopper to generate a lexc excitation current which is injected into the excitation coil 20. The measurement of the excitation current can be carried out for example using a shunt type resistor.
Les mesures de la position angulaire et de la vitesse angulaire du rotor 19 pourront être réalisées au moyen de capteurs analogiques à effet Hall H1, H2, H3 et d’une cible magnétique 25 associée qui est solidaire en rotation du rotor 19.The angular position and the angular speed of the rotor 19 can be measured by means of analog Hall effect sensors H1, H2, H3 and an associated magnetic target 25 which is integral in rotation with the rotor 19.
Le module de contrôle 14 comprend en outre un circuit de contrôle 142, comprenant par exemple un microcontrôleur, qui pilote un onduleur 26 en fonction d'un signal de commande issu du calculateur moteur 15 et reçu via un connecteur de signal 24.The control module 14 further comprises a control circuit 142, comprising for example a microcontroller, which controls an inverter 26 as a function of a control signal from the engine computer 15 and received via a signal connector 24.
L'onduleur 26 présente des bras comportant chacun deux éléments de commutation permettant de relier sélectivement une phase U, V, W correspondante du stator 18 à la masse ou à la tension d'alimentation de la batterie 12 en fonction de leur état passant ou bloqué. Les éléments de commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET.The inverter 26 has arms each comprising two switching elements making it possible to selectively connect a corresponding phase U, V, W of the stator 18 to the ground or to the supply voltage of the battery 12 as a function of their on or off state. . The switching elements are preferably MOSFET type power transistors.
Le module de contrôle 14 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre de la stratégie de pilotage de la machine électrique décrite ci-après en référence avec la figure 2.The control module 14 includes a memory storing software instructions for implementing the strategy for controlling the electric machine described below with reference to FIG. 2.
Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique 10 de fournir de l'énergie électrique à la batterie lors d'une phase de freinage. L'invention vise à intégrer une fonction de contrôle en couple à un régime de vitesse établi afin de consommer de l’énergie récupérée lors d'une phase de freinage récupératif pour assister le moteur thermique 11 en fournissant du couple et autoriser une future récupération d’énergie.The generator mode can be used in a regenerative braking function allowing the electric machine 10 to supply electrical energy to the battery during a braking phase. The invention aims to integrate a torque control function into an established speed regime in order to consume energy recovered during a regenerative braking phase to assist the heat engine 11 by supplying torque and authorizing a future recovery of 'energy.
Plus précisément, le module M1 permet de saturer un couple de consigne Tcons par le couple maximal Tmax de la machine électrique 10. Ce couple maximal Tmax est déterminé au moyen d’une cartographie C1 à partir d’une tension de sortie Ub+ de la machine électrique 10. La tension de sortie UB+ est mesurée au niveau de bornes B+, B- du réseau de bord.More precisely, the module M1 makes it possible to saturate a setpoint torque Tcons by the maximum torque Tmax of the electrical machine 10. This maximum torque Tmax is determined by means of a mapping C1 from an output voltage Ub + of the machine electrical 10. The output voltage UB + is measured at terminals B +, B- of the on-board network.
Le module M2 permet de normaliser le couple de consigne Tcons pour obtenir un couple de consigne normalisé Tcons_norm. A cet effet, le module M2 divise le couple de consigne Tcons par le couple maximal Tmax de la machine électrique 10.The M2 module makes it possible to normalize the setpoint torque Tcons to obtain a normalized setpoint torque Tcons_norm. To this end, the module M2 divides the setpoint torque Tcons by the maximum torque Tmax of the electric machine 10.
La cartographie C2 permet de déterminer un angle d’avance A_av à partir du couple de consigne normalisé Tcons_norm et de la vitesse de rotation Wmel de la machine électrique 10. L’angle d’avance A_av est considéré comme étant la différence de phase entre le courant du stator (piloté à l’aide des éléments de commutation de l’onduleur 26) et la force électromotrice de la machine électrique 10.The C2 mapping makes it possible to determine a feed angle A_av from the standard setpoint torque Tcons_norm and the rotation speed Wmel of the electric machine 10. The feed angle A_av is considered to be the phase difference between the stator current (controlled by the switching elements of the inverter 26) and the electromotive force of the electric machine 10.
La cartographie C3 permet de déterminer un courant d’excitation lexc du rotor 19 à partir du couple de consigne normalisé Tcons_norm et de la vitesse de rotation Wmel de la machine électrique 10.The mapping C3 makes it possible to determine an excitation current lexc of the rotor 19 from the normalized setpoint torque Tcons_norm and the speed of rotation Wmel of the electric machine 10.
Plus précisément, la cartographie C3 fournit à sa sortie un courant d'excitation normalisé lexc_norm. Le module M3 permet de calculer le courant d’excitation lexc à partir du produit entre le courant d’excitation normalisé lexc_norm et un courant maximal lexc_max en sortie de la machine électrique 10. Le courant maximal lexc_max est déterminé au moyen d’une cartographie C4 à partir de la tension de sortie UB+ de la machine électrique 10.More precisely, the C3 mapping provides at its output a normalized excitation current lexc_norm. The module M3 makes it possible to calculate the excitation current lexc from the product between the normalized excitation current lexc_norm and a maximum current lexc_max at the output of the electric machine 10. The maximum current lexc_max is determined by means of a mapping C4 from the output voltage UB + of the electric machine 10.
Le module M5 permet d'appliquer un couple Tmel par la machine électrique 10 en fonction de l’angle d’avance A_av et du courant d’excitation lexc précédemment déterminés. Préalablement, le module M6 pourra saturer le courant d'excitation lexc à appliquer au rotor 19 par le courant maximal lexc_max.The module M5 makes it possible to apply a torque Tmel by the electric machine 10 as a function of the advance angle A_av and the excitation current lexc previously determined. Beforehand, the module M6 can saturate the lexc excitation current to be applied to the rotor 19 with the maximum current lexc_max.
ίο Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.ίο Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention from which one would not depart by replacing the various elements with any other equivalent.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 15 autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Furthermore, the different features, variations, and / or embodiments of the present invention can be combined with each other in various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive.
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