FR3084457A1 - Procede de verification du calage d'un capteur de position angulaire d'un rotor pour vehicule - Google Patents

Procede de verification du calage d'un capteur de position angulaire d'un rotor pour vehicule Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de vérification du calage d'un capteur de position angulaire d'un rotor d'un système de motorisation d'un véhicule, ledit système de motorisation comprenant un capteur physique de position angulaire destiné à mesurer la position angulaire du rotor par rapport à un stator d'une machine électrique tournante du système de motorisation, telle qu'une machine électrique d'un système de motorisation électrique ou hybride, ledit procédé comprenant, lors d'une phase d'initialisation du système de motorisation, la machine électrique ne tournant pas : - l'estimation de la position angulaire du rotor (θ e) par une méthode d'injection d'un signal (SHF) de courant ou de tension haute fréquence ; - la mesure de la position angulaire du rotor (θ r) par le capteur physique de position angulaire (R) ; - le calcul de la différence entre la position angulaire estimée du rotor (θ e) et la position angulaire mesurée du rotor (θ r) ; - la détection d'une anomalie dans le calage du capteur physique de position angulaire (R) si ladite différence est supérieure à un seuil prédéfini.

Description

PROCEDE DE VERIFICATION DU CALAGE D’UN CAPTEUR DE POSITION ANGULAIRE D’UN ROTOR POUR VEHICULE
DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION [0001] De façon générale, l’invention concerne le contrôle d’une machine électrique tournante, notamment à aimant permanent, d’un système d’entraînement électrique, comme par exemple un système de motorisation électrique de véhicule électrique ou hybride.
[0002] En particulier, la présente invention vise un procédé de vérification du calage du capteur de position angulaire d’un rotor - également désigné arbre moteur - d’un système de motorisation d’un véhicule.
ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] En effet, dans une machine électrique tournante, notamment à aimant permanent, l’information de position angulaire du rotor est indispensable au contrôle de la production du couple d’entraînement demandé.
[0004] D’une façon générale, une machine électrique tournante comprend un stator correspondant à la partie fixe de la machine, et un rotor, correspondant à la partie tournante de la machine. Notamment dans le contexte d’un système de motorisation électrique ou hybride de véhicule, le rotor est solidaire de l’arbre moteur. Pour contrôler la production du couple d’entraînement du rotor, et donc la vitesse de rotation de l’arbre moteur entraîné en rotation par la machine électrique tournante, il est primordial de connaître à tout instant, avec précision, la position angulaire de l’arbre moteur.
[0005] La position angulaire du rotor d’une machine électrique tournante est ainsi donnée par un capteur physique, notamment par un résolveur (« resolver >> en anglais) ou par un capteur de type « codeur absolu >>.
[0006] Dans ce contexte, la présente invention concerne ainsi la vérification, en phase d’initialisation d’une machine électrique tournante d’un système de motorisation, de la bonne calibration du capteur de position angulaire du rotor de ladite machine électrique de façon à garantir que les données qui en sont issues, en phase de fonctionnement du véhicule, seront correctes.
[0007] Un tel autophasage consiste en une routine d'alignement du résolveur avec l'axe du rotor d’une machine électrique tournante. Ceci a pour but de déterminer le décalage angulaire entre les deux et de fournir cette information comme une entrée pour un module de contrôle de ladite machine électrique.
[0008] Comme indiqué précédemment, la commande de la machine électrique nécessite la position angulaire absolue du rotor afin de contrôler précisément le couple demandé à la machine électrique. Les capteurs physiques de position angulaire du rotor, tels que les codeurs absolus et les résolveurs, doivent indiquer avec précision la position angulaire du rotor à tout moment après que le décalage entre l'angle zéro du rotor et celui du capteur a été établi lors de l’autophasage.
[0009] La présente invention ne consiste pas en une méthode d’autophasage mais vise à vérifier que le calage du capteur physique de position angulaire, consistant en un résolveur ou en un codeur absolu en particulier, est effectivement correct, autrement dit que le calibrage dudit capteur physique est correct.
[0010] Il n’existe pas de solution connue à cette problématique dans la mesure où il est aujourd’hui considéré que les capteurs de position angulaire des arbres moteurs, résolveurs ou codeurs absolus, sont correctement calibrés en usine. Un mauvais calibrage du capteur physique de position angulaire du rotor d’une machine engendre cependant un risque de réponse inappropriée de la commande de couple, pouvant induire une accélération ou une décélération non souhaitée.
[0011] Pour pallier cet inconvénient, la présente invention propose un procédé de vérification du calage d’un capteur physique de position angulaire d’un rotor d’une machine électrique tournante.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION [0012] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de vérification du calage d’un capteur de position angulaire d’un rotor d’un système de motorisation d’un véhicule, ledit système de motorisation comprenant un capteur physique de position angulaire destiné à mesurer la position angulaire du rotor par rapport à un stator d’une machine électrique tournante du système de motorisation, telle qu’une machine électrique d’un système de motorisation électrique ou hybride, ledit procédé comprenant, lors d’une phase d’initialisation du système de motorisation, la machine électrique ne tournant pas :
- l’estimation de la position angulaire du rotor par une méthode d’injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence ;
- la mesure de la position angulaire du rotor par le capteur physique de position angulaire ;
- le calcul de la différence entre la position angulaire estimée du rotor et la position angulaire mesurée du rotor ;
- la détection d’une anomalie dans le calage du capteur physique de position angulaire si ladite différence est supérieure à un seuil prédéfini.
[0013] Grâce à la présente invention, une anomalie survenue lors de la calibration du capteur physique de mesure de la position angulaire du rotor d’une machine électrique tournante est détectée avant le démarrage de ladite machine électrique, évitant tout risque de génération d’une commande de couple inappropriée, et augmentant ainsi la sécurité du système de motorisation.
[0014] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend par ailleurs, si une anomalie dans le calage du capteur physique de position angulaire est détectée, l’inhibition du démarrage du moteur.
[0015] Selon un mode de réalisation, le seuil est égal à 3°.
[0016] Notamment, la méthode d’injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence peut être une méthode pulsative.
[0017] Alternativement, la méthode d’injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence peut être une méthode rotative.
[0018] L’invention vise également un système de motorisation électrique ou hybride pour véhicule, comprenant un arbre moteur entraîné par un rotor d’une machine électrique tournante, un capteur physique de position angulaire du rotor, ainsi qu’un module de contrôle de ladite machine électrique comprenant un module de vérification du calage du capteur physique de position angulaire, ledit module de vérification du calage du capteur physique de position angulaire configuré pour mettre en oeuvre le procédé brièvement décrit ci-dessus.
[0019] Selon un mode de réalisation, le capteur physique de position angulaire est un résolveur.
[0020] L’invention vise également un véhicule automobile comprenant un système de motorisation électrique ou hybride tel que brièvement décrit ci-dessus.
DESCRIPTION DES FIGURES [0021] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés qui représentent :
la figure 1, le schéma de principe d’un système de motorisation électrique mettant en oeuvre le procédé selon l’invention ;
la figure 2, le schéma bloc représentant les étapes du procédé selon invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION [0022] Il est rappelé que la présente invention est décrite ci-après à l’aide de différents modes de réalisation non limitatifs et est susceptible d’être mise en oeuvre dans des variantes à la portée de l’homme du métier, également visées par la présente invention.
[0023] La figure 1 montre le schéma d’un système d’entraînement électrique exploitant l’invention, en particulier en vue de permettre la mise en oeuvre d’une application limp-home dans un véhicule.
[0024] Le système d’entraînement électrique schématisé à la figure 1 comporte :
- une batterie DC assurant l’alimentation en tension continue ;
- un onduleur INV ;
- une machine électrique M ;
- un module de contrôle C.
[0025] L’étage de puissance, comprenant la batterie DC et l’onduleur INV, alimentant la machine électrique M, est ici triphasé, mais il pourrait aussi bien présenter un nombre de phases différent.
[0026] Le module de contrôle C comprend un module de commande TCV du couple demandé à l’étage de puissance. Les données d’entrée fournies audit module de commande du couple TCV sont la position angulaire θΓ du rotor et la vitesse de rotation ΩΓ du rotor qui en dérive, ainsi que les courants de phase iat>c de la machine électrique M. Ces données de position angulaire et de vitesse sont issues du capteur physique de position angulaire du rotor, notamment un résolveur R, et c’est pourquoi il est primordial de vérifier que les données issues de ce capteur physique - résolveur R - sont correctes.
[0027] Le procédé selon l’invention est mis en oeuvre avant le démarrage effectif de la machine électrique M, notamment durant une phase d’initialisation d’un tel démarrage. Par conséquent, le couple demandé par le module de commande TCV est nul lors de la mise en oeuvre du procédé selon l’invention.
[0028] Par ailleurs, la position angulaire du rotor est également estimée au moyen d’un estimateur HP par une méthode d’injection d’un signal Shf de courant ou de tension haute fréquence, décrit brièvement ci-après.
[0029] L’estimateur HF détermine ainsi une position 0e estimée du rotor.
[0030] Selon l’invention, le module de contrôle C comprend par ailleurs un module CAL de vérification du calage du résolveur R assurant la vérification de la bonne calibration du résolveur R, avant le démarrage de la machine électrique M.
[0031] Le module CAL de vérification du calage du résolveur R reçoit la position angulaire mesurée θΓ par le résolveur R et la position angulaire estimée 0e par l’estimateur HF. Le module CAL détermine la différence entre ladite position angulaire mesurée θΓ et ladite position angulaire estimée 0e et compare cette différence à un seuil prédéterminé, par exemple égal à 3°. Si ladite différence est supérieure audit seuil, alors le module CAL de vérification du calage du résolveur R génère et transmet un signal de défaut comprenant une information de calage incorrect du résolveur R.
[0032] Comme cela est connu et déjà évoqué précédemment, la position angulaire du rotor peut ainsi être estimée par des méthodes numériques.
[0033] Dans le document US 20110028975 notamment, il est décrit une technique d’estimation de la position angulaire d’un rotor dans une machine électrique tournante. Le procédé d’estimation décrit dans ce document met en oeuvre une technique bien connue fondée sur l’injection de signaux haute-fréquence superposés au fondamental de la tension d’excitation de la machine électrique. Dans ce cas, la tension haute fréquence injectée s’ajoute à la tension issue du contrôleur chargé de l’asservissement des courants électriques alimentant la machine électrique. En sortie de la machine électrique, le courant comporte une composante haute fréquence qui, après traitement, permet d’estimer la position angulaire du rotor.
[0034] Une autre méthode d’estimation de la position angulaire du rotor (et de sa vitesse de rotation le cas échéant) par injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence, est décrite de façon détaillée, et selon plusieurs modes de réalisation, dans le document FR 3060908 A1.
[0035] En pratique, plusieurs repères sont associés respectivement au stator et au rotor de la machine électrique tournante.
[0036] D’abord, un repère fixe trois axes est lié au stator. Ce repère triphasé est souvent noté, dans l’état de l’art, (u,v,w) ou encore (a,b,c).
[0037] Le repère (α,β) est obtenu via une transformation de « Clarke >> (conservation d'amplitude) ou de « Concordia >> (conservation de puissance) du repère triphasé fixe présenté ci-dessus, lié au stator de la machine électrique.
[0038] Le repère (d,q) correspond à un système de coordonnées commun permettant de représenter les enroulements statoriques ainsi que l'enroulement rotorique de la machine électrique sur un seul référentiel à deux axes. Ce repère est obtenu en appliquant une rotation d'un angle θ, Θ étant la position angulaire actuelle du rotor, au repère biphasé (α,β), ou encore en appliquant la transformée de « Park >> au repère statorique triphasé (u,v,w).
[0039] Dans ce contexte, un estimateur de la position angulaire du rotor de la machine électrique est fondé sur l’injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence venant se superposer aux tensions de commande du couple de la machine électrique. Notamment, l’estimateur met en oeuvre une méthode pulsative, considérée comme plus simple et donc plus légère en vue de son implémentation sur un microcontrôleur embarqué, car ce dernier est limité en termes de capacités de calcul. Cependant, il peut être prévu la mise en oeuvre d’une méthode rotative.
[0040] Selon la méthode pulsative, la tension Vh de fréquence fh est injectée sur l'axe d estimé du rotor et superposée à la tension de référence issue du module de commande en vue de commander l'onduleur INV alimentant à son tour la machine électrique M.
[0041] Dans le repère estimé (d,q), l’expression de la composante haute fréquence du courant est telle que :
idq =[^-4^(’2Ær)lsinW) [00421 où — = ^Ld+Lq^'Vfl θι Ifin =
2WflL(iLq 2 2WflL(iLq
Ld et Lq sont les inductances de la machine électrique exprimées dans le repère (d, q). Leurs valeurs sont sensibles au niveau du courant. Ldet Lq sont ici considérées en valeurs moyennes sur toute la plage de la variation du courant,
Wh = 2nfh ,
0err est l’erreur entre la valeur estimée de la position angulaire du rotor et sa position réelle.
[0043] Il en ressort, après traitement, l’erreur 0err sur la position angulaire estimée par le premier estimateur HF. De cette erreur, grâce à un observateur proportionnel intégral, la position angulaire du rotor est estimée.
[0044] Dans ce contexte, la présente invention propose un procédé de vérification du calage d’un capteur physique de position angulaire d’un rotor d’une machine électrique tournante, notamment d’un résolveur R, avant le démarrage de ladite machine électrique M d’un système de motorisation, autrement dit pendant une phase d’initialisation dudit système de motorisation.
[0045] Comme indiqué précédemment, le procédé de vérification du calage du capteur physique de position angulaire du rotor d’une machine électrique tournante M selon l’invention est mis en oeuvre alors que ladite machine tournante est à l’arrêt, aucun couple n’étant commandé au rotor.
[0046] En référence à la figure 2, le procédé de vérification du calage du capteur physique de position angulaire du rotor comprend une étape E1 d’estimation de la position angulaire du rotor par injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence, comme décrit précédemment.
[0047] Ledit procédé comprend par ailleurs une étape E2 de détermination de la différence entre la position angulaire du rotor mesurée θΓ par un capteur physique, notamment par un résolveur, et la position angulaire du rotor estimée 0e par un estimateur fondé sur l’injection d’un signal de courant ou de tension haute fréquence.
[0048] A l’étape E3, ladite différence est comparée à un seuil prédéterminé, par exemple égal à 3°. Si ladite différence est supérieure audit seuil, alors le procédé selon l’invention comprend la génération et la transmission E4 d’un signal de défaut comprenant une information de calage incorrect du capteur physique de position angulaire. Notamment, il est prévu, selon un mode de réalisation, l’inhibition consécutive E40 du démarrage de la machine électrique.
[0049] Si au contraire ladite différence est inférieure audit seuil, alors le démarrage de la machine électrique est autorisé E50.

Claims (8)

1. Procédé de vérification du calage d’un capteur de position angulaire d’un rotor d’un système de motorisation d’un véhicule, ledit système de motorisation comprenant un capteur physique de position angulaire destiné à mesurer la position angulaire du rotor par rapport à un stator d’une machine électrique tournante du système de motorisation, telle qu’une machine électrique d’un système de motorisation électrique ou hybride, ledit procédé comprenant, lors d’une phase d’initialisation du système de motorisation, la machine électrique ne tournant pas :
- l’estimation de la position angulaire du rotor (0e) par une méthode d’injection d’un signal (Shf) de courant ou de tension haute fréquence ;
- la mesure de la position angulaire du rotor (0r) par le capteur physique de position angulaire (R) ;
- le calcul de la différence entre la position angulaire estimée du rotor (0e) et la position angulaire mesurée du rotor (0r) ;
- la détection d’une anomalie dans le calage du capteur physique de position angulaire (R) si ladite différence est supérieure à un seuil prédéfini.
2. Procédé selon la revendication 1 comprenant, si une anomalie dans le calage du capteur physique de position angulaire (R) est détectée, l’inhibition (E40) du démarrage du moteur.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le seuil est égal à 3°.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la méthode d’injection d’un signal (Shf) de courant ou de tension haute fréquence est une méthode pulsative.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la méthode d’injection d’un signal (Shf) de courant ou de tension haute fréquence est une méthode rotative.
6. Système de motorisation électrique ou hybride pour véhicule, comprenant un arbre moteur entraîné par un rotor d’une machine électrique tournante (M), un capteur physique de position angulaire (R) du rotor, ainsi qu’un module de contrôle (C) de ladite machine électrique (M) comprenant un module de vérification du calage du capteur physique de position angulaire (R), ledit module de vérification du calage du capteur physique de position angulaire (R) étant configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 5.
5
7. Système selon la revendication précédente, dans lequel le capteur physique de position angulaire (R) est un résolveur.
8. Véhicule automobile comprenant un système de motorisation électrique ou hybride selon la revendication 6 ou 7.
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