WO2019008286A1 - Régulation du rendement électrique et du couple de freinage associé d'une machine électrique - Google Patents

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Xavier Moine
Vincent LEGOUIC
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Aumovio France SAS
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Continental Automotive Technologies GmbH
Continental Automotive France SAS
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates generally to the control of electric machines in vehicles of the motorcycle type, for example two-wheeled or three-wheeled, and more particularly to the management of the production of electrical energy and a torque associated braking, in such an electric machine.
  • “Motorcycle” means a motorized two-wheeler vehicle, that is to say a self-propelled vehicle with a seat or saddle for the motorcycle. driver, which is designed to run on at least two wheels in contact with the ground, and that one maneuver using a handlebar. These are typically motorcycles, mopeds, scooters, etc. Some models (called “three-wheeler” in Anglo-Saxon) have three wheels. The wheel (s) is (are) usually the rear wheel (s), with the front wheel (s) being coupled on the handlebars to steer the vehicle. Other models such as off-road motorcycles, often heavier and more powerful, which have four wheels and which are then commonly called “quadricycles” or “quads”, can also benefit from the advantages of the invention.
  • alternator-starter In certain motorized vehicles of the aforementioned type, such as motorcycles of small displacement (typically less than 150 cm 3 ) whose engine generally comprises a single cylinder, there is for example an alternator-starter or ISG (acronym for "Integrated Starter Generator” in Anglo-Saxon language).
  • This electric machine may comprise a rotor with permanent magnets, with for example four, six or eight pairs of poles, and a wound stator with generally three phases commonly designated by the letters U, V and W.
  • the rotor axis of the ISG is coupled to the crankshaft of the engine of the vehicle, to ensure the transfer of mechanical energy in both directions: from the rotor of the ISG to the crankshaft of the engine in starter mode, and reciprocally from the crankshaft of the engine to the axis of the engine. rotor in electric power generator mode.
  • the rotor axis of the ISG is rigidly coupled to the crankshaft of the engine either directly or, for example, by a gear.
  • the invention is not limited to motorcycles that are equipped with an alternator-starter, but can also be applied to motorcycles that are equipped a standard alternator, ie, whose only function is to generate current.
  • the axis of the rotor is coupled to the crankshaft of the engine either rigidly (by a gear for example) or via a belt.
  • the production of electrical energy derives directly from the absorption of mechanical energy by the electric machine, with a certain efficiency which depends on the operational characteristics determined by the control parameters of the machine. .
  • the electric machine can generate an electric current for recharging the vehicle battery and / or direct supply of actuators or other electrical power consuming equipment of the vehicle.
  • This generation of an electric current is accompanied, punctually, the generation of a negative mechanical torque, said braking torque.
  • This braking torque penalizes the speed and acceleration of the vehicle in normal operation, and that is why we seek in principle to minimize it.
  • One way to achieve this result is to control the electric machine with a set of parameters based on the search for the maximum efficiency of the machine. Indeed, the better the efficiency, the lower the mechanical energy that must be absorbed to produce a current of a given value, and therefore less is the braking torque generated.
  • the braking torque can also be useful during driving phases in which a deceleration assistance of the vehicle is desirable in addition to the use of the vehicle braking means, since it increases the set of existing braking torques , commonly referred to as the "engine brake" of the vehicle.
  • the braking torque generated by the electric machine is not controlled. Indeed, this braking torque passively results from the control parameters of the machine which are dictated by the search for the best possible performance for the generation of electrical energy, as a function of the current called by the current consuming equipment which is in use at every moment, and possibly the current absorbed by the battery when the latter needs to be recharged.
  • the value of the control parameters of the electric machine depends at every moment of the energy requirements of the battery and equipment consuming electrical power of the vehicle. This results from the regulating the production of current by the electric machine.
  • a given value of the braking torque is thus established passively, via the regulation loop of the current generated by the control computer of the electric machine according to the electrical energy needs of the battery and the current-consuming equipment of the vehicle.
  • the braking torque generated in a driving situation requiring the use of little or no current-consuming equipment and with a fully charged battery generates a braking torque substantially lower than that generated in a driving situation in which the battery is practically discharged and in which electrical equipment of the vehicle (such as, for example, headlights, turn signals, radio, lights of the dashboard, etc.) are in use.
  • This regulation is based on the search for a given yield of the electric machine, in principle the maximum efficiency to precisely limit the braking torque to its minimum value at each moment.
  • the braking torque induced by the electric machine is therefore fluctuating, and this uncontrollably from the point of view of the driving phases of the motorcycle. In particular, it takes high or low values regardless of the driving situation and the wishes of the driver as to the speed, acceleration or deceleration of the motorcycle.
  • the invention proposes to actively control the braking torque generated by the electric machine to use it effectively and in a controlled manner in order, for example, to optimize the deceleration of the vehicle in the driving phases in which this deceleration is desirable. In particular, this can be achieved by modifying control parameters of the electric machine even if it deliberately degrades the efficiency of the production of electrical energy therewith.
  • the invention makes it possible to use actively and at best the value of the braking torque induced by the electric machine in certain driving situations of the motorcycle.
  • one aspect of the invention relates to a method of controlling an electric machine having a rotor whose axis is coupled to the crankshaft of a vehicle engine and adapted to, in current generating mode, produce electrical energy from the rotation of the motor, the method comprising, in the electric power generator mode:
  • a first driving phase the generation and application of a set of control parameters of the electric machine based on the search for a desired output for the production of electrical energy by the electric machine; and, In a second driving phase, different from the first driving phase, the modification of the set of control parameters of the electric machine based on the search for a desired braking torque, said braking torque being generated by the electric machine and transmitted to the crankshaft of the engine, and the application of the modified parameter set,
  • the set of control parameters of the electrical machine comprising the duty cycle and phase shift of phase control signals of the electrical machine using pulse width modulation (PWE), and in the second phase of conducting, modifying the parameter set of modifying the value of the duty cycle and / or the phase shift value so as to degrade the efficiency of the electric power generation by the electric machine, with respect to theoretical values which are defined in order to produce a maximum output thereof in electric power generation mode.
  • PWE pulse width modulation
  • the invention makes it possible, for example, to maximize the value of the braking torque produced by the electric machine regardless of the instantaneous needs for electrical energy in the vehicle in order to facilitate its deceleration when this is necessary in a phase of determined conduct. It can also make it possible to obtain a stability of the value of the braking torque produced by the electric machine independently of the possible variation of the electrical energy requirements of the equipment of the vehicle, in another determined driving phase.
  • the method according to the invention may have one or more of the following additional features, considered individually or in any technically feasible combination.
  • the method according to the invention may have one or more of the following additional features, considered individually or in any technically feasible combination.
  • additional features considered individually or in any technically feasible combination.
  • the modification of the control parameter set of the electric machine can be based on the search for a maximum braking torque
  • the modification of the control parameter set of the electric machine can be based on the search for a constant braking torque; and or
  • the modification of the control parameter set of the electric machine can be triggered according to one of the following criteria: a direct control of the user of the vehicle, a recognition of driving on a long downward slope, a recognition of urban driving, the use of the brake, and the overtaking by higher values of a certain speed of the vehicle.
  • Another aspect of the invention relates to an engine control unit configured to implement all the steps of a method as defined above.
  • FIG. 1 is a simplified diagram of a two-wheeled motorized vehicle comprising a heat engine and an alternator-starter type electric machine.
  • FIG. 1 schematically illustrates the control of an electric machine in the vehicle of Figure 1;
  • FIG. 4 is a table giving different values of the braking torque generated by the machine.
  • Figure 1 shows a simplified way an example of a motor vehicle, according to the state of the art, in which can be implemented the method of the invention.
  • the vehicle 10 is of two-wheel type, such as a scooter, for example of 150 cm 3 of displacement.
  • the invention is however not limited to these examples, and can also be applied to other types of motorcycles, two wheels or three wheels, preferably of small displacement, for example less than 250 cm3.
  • the scooter comprises a heat engine 15 (internal combustion engine), for example a single-cylinder engine.
  • the starting of the motor 15 is provided by a rotating electrical machine 12, the rotor of which is rigidly coupled to the crankshaft of the engine, directly or by a gear.
  • This electric machine can for example be an alternator-starter, with a rotor with permanent magnets.
  • the electric machine 12 can provide a driving torque to drive the crankshaft in rotation, and thus start the engine.
  • FIG. 1 also shows a motor control unit 14 (or ECU which means "Engine Control Unit” in English language).
  • the ECU is an electronic device, such as an onboard computer, in particular for controlling the heat engine 15 in the phases of stopping, idling, acceleration, full load or freewheeling of the vehicle.
  • the ECU controls the heat engine 15 on the basis of information obtained in real time by one or more sensors present in the engine assembly 16. This information enables it to know at every moment the Operational configuration of the engine (stop / operation, engine rotation speed, angular position of the crankshaft, etc.). Using this information, or information derived from it, the ECU can produce suitable controls, including injection and ignition controls.
  • the rotating electrical machine 12 is controlled by commands which are also generated on the basis of a signal from a sensor of the angular position of its rotor.
  • the electric machine 12, whose rotor is coupled to the axis 25 of the crankshaft of the heat engine 15, can be controlled from information given by a sensor 22 of the angular position of the crankshaft.
  • a sensor 22 of the angular position of the crankshaft is already used by the ECU for controlling the motor.
  • the control of the electric machine involves passing the phases U, V and W of the stator 21 successively in six states or specific excitation patterns, which are repeated sequentially every 360 degrees. This involves successive flip-flops of each of the phases between a high state U +, V + and W +, respectively, and a low state U-, V- and W-, respectively, with a phase shift of 120 degrees between the phases.
  • FIG. 2 schematically illustrates a non-limiting example of a control circuit of an electric machine 12 enabling control as described above.
  • the electric machine shown is conventionally composed of a static part, namely the stator 21, and a rotatable part, namely the rotor 20.
  • the control circuit used for the control of the electric machine 12 operates in closed loop on the basis of a measurement of the angular position of the rotor. This measurement can be carried out, for example, by the above-mentioned sensor 22 whose output signal is processed by a control unit 23.
  • the succession of phase states (previously described) which is associated with the changes of excitation patterns of the machine is shown in Table 24.
  • the drive is therefore generated by controlling a current successively in one or more of the coils 21a, 21b and 21c of the stator corresponding to the phases U, V and W, respectively.
  • This current in the coils is controlled by the application of periodic signals for which, by modulating the pulse width of these signals (with a given duty cycle) and / or by varying the phase of the control (with a given angular value) relative to a reference (in this case, the angular position measuring signal), it is possible to change the value of the engine torque generated when the machine is operating in starter mode.
  • phase shift a deliberate desynchronization of the generated command (this is called “phase shift” as opposed to the phasing usually sought to optimize the efficiency of the machine) or a specific modification of the opening duty cycle (OCR) using the width modulation pulses (MLI, or PWM of the English “Pulse Width Modulation")
  • MLI width modulation pulses
  • PWM the English “Pulse Width Modulation”
  • Figure 3 shows a curve 31 schematically illustrating an example of an electrical signal using MLI to modify the RCO.
  • voltage slots of constant amplitude which appear in full lines in Figure 3
  • time width vary with time.
  • OCR opening duty cycle
  • the variation of this induces a variation of the effective voltage seen by the phases during the control.
  • this type of modulation is used on the signal applied to each of the U, V and W phases of the stator of the electric machine for its control.
  • Figure 3 shows, in addition, Table 24 (identical to that of Figure 2) illustrating an example of control cycle of the electric machine.
  • Table 24 identical to that of Figure 2
  • six excitation patterns of the control cycle of the machine cover a complete rotation of the rotor, alternating high voltages and low voltages respectively symbolized by the values U + and U-, V + and V-, and W + and W-, on each of the three phases, respectively. These high and low voltage torques are respectively delivered to each of the coils of the machine.
  • the six excitation patterns shown here are therefore applied to the coils every 60 °, in a synchronized manner.
  • the synchronization of the control during a deceleration of the vehicle that is to say its phasing, is modified by a determined angular value. to reduce the output of the electrical power generation and consequently increase the engine braking torque generated by the machine.
  • FIG. 4 shows a table 41 illustrating some examples of variation of the braking torque (expressed in Newton meters) generated by the electric machine in different control configurations resulting in a decrease in the efficiency of the electric power production (or electrical efficiency) of said machine with respect to optimal efficiency (ie, maximum). Note that, the more the electrical efficiency of the machine is bad (or low), the higher the braking torque is high, because of the general principle of energy conservation.
  • the maximum electrical efficiency corresponds to the first row of the table, for which the duty cycle ⁇ of the MLI is equal to 100%, the control of the machine being carried out, as a function of the current requirement at every moment in the vehicle including for recharging the battery, by varying the phase shift.
  • the examples of the table of FIG. 4 are given for two initial situations (defined, respectively, by the two columns of the table) of the production of current by the machine which are related to specific current requirements in the vehicle. More particularly:
  • the realization of a method such as that of the invention allows the triggering of its implementation from a plurality of potential events. For example: When the vehicle user specifically requires it via a specific command intended to increase the braking of the vehicle so that it is up to the driver to assess the advisability of using or not the additional braking provided by the invention,

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Abstract

L'invention proposée offre une solution pour le contrôle du rendement électrique et du couple de freinage associé pour une machine électrique (12). L'invention se rapporte à un procédé de commande d'une machine électrique (12) ayant un rotor (20) dont l'axe est couplé au vilebrequin d'un moteur (15) de véhicule et adapté pour, en mode générateur de courant, produire de l'énergie électrique à partir de la rotation du moteur. Par la modification de paramètres de commande de la machine électrique (12), consistant à modifier la valeur du rapport cyclique et/ou la valeur du déphasage de façon à dégrader le rendement de la production d'énergie électrique par la machine électrique, le procédé de l'invention permet d'obtenir un ensemble rendement/couple souhaité.

Description

Régulation du rendement électrique et du couple de freinage associé d'une machine électrique
La présente invention se rapporte de manière générale à la commande des machines électriques dans les véhicules de type motocycles, par exemple à deux- roues ou trois-roues, et plus particulièrement à la gestion de la production d'énergie électrique et d'un couple de freinage associé, dans une telle machine électrique.
Elle trouve des applications, en particulier, dans les véhicules qui intègrent une machine électrique commandée assurant les fonctions de démarrage/redémarrage du moteur thermique du véhicule et de génération d'énergie électrique.
Par « motocycle », on entend généralement un véhicule motorisé à deux- roues (« two-wheeler » en langue anglo-saxonne), c'est-à-dire un véhicule automoteur doté d'un siège ou d'une selle pour le conducteur, qui est conçu pour rouler sur au moins deux roues en contact avec le sol, et que l'on manœuvre à l'aide d'un guidon. Il s'agit typiquement de motocyclettes, mobylettes, scooters, etc. Certains modèles (appelés « three-wheeler » en langue anglo-saxonne) comportent trois roues. La (ou les) roue(s) motrice(s) est(sont) généralement la (ou les) roue(s) arrière(s), la (ou les) roue(s) avant(s) étant couplée(s) au guidon afin de diriger le véhicule. D'autres modèles comme les motocycles tout-terrain, souvent plus lourds et plus puissants, qui comportent quatre roues et qui sont alors communément appelés « quadricycles » ou « quads », peuvent aussi bénéficier des avantages de l'invention.
Dans certains véhicules motorisés du type précité, comme des motocycles de petite cylindrée (typiquement inférieure à 150 cm3) dont le moteur comporte généralement un unique cylindre, on trouve par exemple un alterno-démarreur ou ISG (acronyme de « Integrated Starter Generator » en langue anglo-saxonne). Cette machine électrique peut comprendre un rotor à aimants permanents, avec par exemple quatre, six ou huit paires de pôles, et un stator bobiné avec généralement trois phases communément désignées par les lettres U, V et W. L'axe du rotor de l'ISG est couplé au vilebrequin du moteur thermique du véhicule, pour assurer le transfert d'énergie mécanique dans les deux sens : du rotor de l'ISG vers le vilebrequin du moteur en mode démarreur, et réciproquement du vilebrequin du moteur vers l'axe du rotor en mode générateur de courant électrique. Généralement, l'axe du rotor de l'ISG est rigidement couplé au vilebrequin du moteur soit directement, soit, par exemple, par un engrenage.
On notera que l'invention ne se limite pas aux motocycles qui sont équipés d'un alterno-démarreur, mais peut aussi s'appliquer aux motocycles qui sont équipés d'un alternateur standard, i.e., qui n'a que pour unique fonction la génération de courant. Dans ce cas, l'axe du rotor est couplé au vilebrequin du moteur soit rigidement (par un engrenage par exemple) soit par l'intermédiaire d'une courroie.
Dans le mode générateur de courant de l'ISG, la production d'énergie électrique découle directement de l'absorption d'énergie mécanique par la machine électrique, avec un certain rendement qui dépend des caractéristiques opérationnelles déterminées par des paramètres de commande de la machine. Autrement dit, la machine électrique peut générer un courant électrique destiné à la recharge de la batterie du véhicule et/ou à l'alimentation directe d'actuateurs ou d'autres équipements consommateurs de courant électrique du véhicule. Cette génération d'un courant électrique s'accompagne, ponctuellement, de la génération d'un couple mécanique négatif, dit couple de freinage. Ce couple de freinage pénalise la vitesse et l'accélération du véhicule en marche normale, et c'est pourquoi on cherche en principe à le minimiser. Un moyen d'atteindre ce résultat est de commander la machine électrique avec un jeu de paramètres basé sur la recherche du rendement maximum de la machine. En effet, meilleur est le rendement, moindre est l'énergie mécanique qui doit être absorbée pour produire un courant de valeur donnée, et donc moindre est le couple de freinage généré.
Mais le couple de freinage peut aussi s'avérer utile lors des phases de conduite dans lesquelles une assistance à la décélération du véhicule est souhaitable en plus du recours aux moyens de freinage du véhicule, puisqu'il augmente l'ensemble des couples de freinage existants, communément désignés par l'expression de « frein moteur » du véhicule.
Toutefois, contrairement à l'injection de mélange d'air et de carburant qui peut être contrôlée quantitativement et qualitativement afin d'obtenir un couple moteur déterminé, et éventuellement de l'annuler en stoppant totalement l'injection lors des phases de forte décélération (« Fuel cut-off », en langue anglo-saxonne), le couple de freinage généré par la machine électrique n'est pas contrôlé. En effet, ce couple de freinage résulte passivement des paramètres de commande de la machine qui sont dictés par la recherche du meilleur rendement possible pour la génération d'énergie électrique, en fonction du courant appelé par les équipements consommateurs de courant qui sont en service à chaque instant, et éventuellement du courant absorbé par la batterie lorsque cette dernière a besoin d'être rechargée.
En résumé, la valeur des paramètres de commande de la machine électrique dépend à chaque instant des besoins en énergie de la batterie et des équipements consommateurs de courant électrique du véhicule. Ceci résulte de la régulation de la production de courant par la machine électrique. Une valeur donnée du couple de freinage s'établit donc de manière passive, via la boucle de régulation du courant générée par le calculateur de commande de la machine électrique suivant les besoins en énergie électrique de la batterie et des équipements consommateurs de courant du véhicule. Par exemple, le couple de freinage généré dans une situation de conduite nécessitant l'utilisation de peu ou d'aucun équipements consommateurs de courant et avec une batterie pleinement chargée, engendre un couple de freinage sensiblement inférieur à celui engendré dans une situation de conduite dans laquelle la batterie est pratiquement déchargée et dans laquelle des équipements électriques du véhicule (tels que, par exemple, les phares, les clignotants, la radio, les voyants du tableau de bord, etc.) sont en cours d'utilisation. Cette régulation est basée sur la recherche d'un rendement donné de la machine électrique, en principe le rendement maximum afin, justement, de limiter le couple de freinage à sa valeur minimum à chaque instant.
Le couple de freinage induit par la machine électrique est donc fluctuant, et ce de manière incontrôlée du point de vue des phases de conduite du motocycle. En particulier, il prend des valeurs élevées ou faibles indépendamment de la situation de conduite et des souhaits du conducteur quant à la vitesse, l'accélération ou la décélération du motocycle.
L'invention propose de contrôler activement le couple de freinage généré par la machine électrique pour l'exploiter utilement et de façon maîtrisée afin, par exemple, d'optimiser la décélération du véhicule dans les phases de conduite dans lesquelles cette décélération est souhaitable. En particulier, ceci peut être obtenu en modifiant des paramètres de commande de la machine électrique quitte à dégrader volontairement le rendement de la production d'énergie électrique par celle-ci. L'invention permet d'utiliser activement et au mieux la valeur du couple de freinage induite par la machine électrique dans certaines situations de conduite du motocycle.
A cette fin, un aspect de l'invention se rapporte à un procédé de commande d'une machine électrique ayant un rotor dont l'axe est couplé au vilebrequin d'un moteur de véhicule et adaptée pour, en mode générateur de courant, produire de l'énergie électrique à partir de la rotation du moteur, le procédé comprenant, dans le mode générateur de courant électrique :
• dans une première phase de conduite, la génération et l'application d'un jeu de paramètres de commande de la machine électrique basé sur la recherche d'un rendement souhaité pour la production d'énergie électrique par la machine électrique ; et, • dans une seconde phase de conduite, différente de la première phase de conduite, la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique basée sur la recherche d'un couple de freinage souhaité, ledit couple de freinage étant généré par la machine électrique et transmis au vilebrequin du moteur, et l'application du jeu de paramètres modifié,
le jeu de paramètres de commande de la machine électrique comprenant le rapport cyclique et le déphasage de signaux de commande des phases de la machine électrique utilisant une modulation de largeur d'impulsion (en anglais Puise Width Modulation PWM), et dans la seconde phase de conduite, la modification du jeu de paramètres consistant à modifier la valeur du rapport cyclique et/ou la valeur du déphasage de façon à dégrader le rendement de la production d'énergie électrique par la machine électrique, par rapport à des valeurs théoriques qui sont définies de manière à produire un rendement maximum de celle-ci en mode générateur de courant électrique.
De cette manière, l'invention permet, par exemple, de maximiser la valeur du couple de freinage produit par la machine électrique quels que soient les besoins instantanés en énergie électrique dans le véhicule afin de faciliter sa décélération lorsque cela est nécessaire dans une phase de conduite déterminée. Elle peut permettre également d'obtenir une stabilité de la valeur du couple de freinage produit par la machine électrique indépendamment de la variation éventuelle des besoins en énergie électrique des équipements du véhicule, dans une autre phase de conduite déterminée.
Outre les caractéristiques évoquées précédemment, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques complémentaires suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables. En particulier :
• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être basée sur la recherche d'un couple de freinage maximum ;
• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être basée sur la recherche d'un couple de freinage constant ; et/ou
• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être déclenchée selon un critère parmi la liste suivante : une commande directe de l'utilisateur du véhicule, une reconnaissance de conduite sur une longue pente descendante, une reconnaissance de conduite urbaine, l'utilisation du frein, et le dépassement par valeurs supérieures d'une certaine vitesse du véhicule. Un autre aspect de l'invention porte sur une unité de contrôle du moteur configurée pour mettre en œuvre toutes les étapes d'un procédé tel que défini ci- dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma simplifié d'un véhicule motorisé de type deux roues comprenant un moteur thermique et une machine électrique de type alterno- démarreur.
- la figure 2 illustre schématiquement la commande d'une machine électrique dans le véhicule de la figure 1 ;
- la figure 3 détaille les paramètres de commande, et leurs effets, pour une commande la machine électrique conforme au schéma de la figure 1 ; et,
- la figure 4 est un tableau donnant différentes valeurs du couple de freinage généré par la machine.
La figure 1 montre de façon simplifiée un exemple de véhicule motorisé, conforme à l'état de l'art, dans lequel peut être mis en œuvre le procédé de l'invention. Dans cet exemple, le véhicule 10 est de type deux-roues, comme un scooter, par exemple de 150 cm3 de cylindrée. L'invention n'est toutefois pas limitée à ces exemples, et peut également s'appliquer à d'autres types de motocycles, à deux roues ou trois roues, de préférence de petite cylindrée, par exemple moins de 250 cm3.
Le scooter comporte un moteur thermique 15 (moteur à combustion interne), par exemple un moteur monocylindre. Le démarrage du moteur 15 est assuré par une machine électrique tournante 12, dont le rotor est couplé rigidement au vilebrequin du moteur, directement ou par un engrenage. Cette machine électrique peut par exemple être un alterno-démarreur, avec un rotor à aimants permanents. En mode démarreur, la machine électrique 12 peut fournir un couple moteur pour entraîner le vilebrequin en rotation, et ainsi faire démarrer le moteur. En mode générateur, elle assure aussi la fonction de génération de courant à partir de l'énergie mécanique produite par le moteur, pour le rechargement de la batterie 13 et l'alimentation des organes consommateurs de courant électrique 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d du véhicule tels que, par exemple, les phares, les feux de position et clignotants, le(s) calculateur(s) de commande du moteur, le tableau de bord, etc. L'alimentation des organes électriques 1 1 a- 1 1 d se fait soit directement depuis la machine électrique 12 fonctionnant en mode générateur, soit grâce à de l'énergie produite par la machine électrique 12 fonctionnant en mode générateur et stockée dans la batterie 13. La figure 1 montre également une unité de contrôle du moteur 14 (ou ECU qui signifie « Engine Control Unit » en langue anglo-saxonne). L'ECU est un dispositif électronique, comme un calculateur embarqué, permettant notamment de commander le moteur thermique 15 dans les phases d'arrêt, de ralenti, d'accélération, de pleine charge ou de roue libre, du véhicule.
En particulier, l'ECU commande le moteur thermique 15 sur la base d'informations obtenues en temps réel par un ou des capteur(s) présent(s) dans l'ensemble moteur 16. Ces informations lui permettent de connaître à chaque instant la configuration opérationnelle du moteur (arrêt/fonctionnement, vitesse de rotation du moteur, position angulaire du vilebrequin, etc.). En utilisant ces informations, ou des informations qui en sont dérivées, l'ECU peut produire des commandes adaptées, notamment des commandes d'injection et d'allumage.
Comme il va être décrit maintenant en référence à la figure 2, la machine électrique tournante 12 est pilotée par des commandes qui sont elles aussi générées sur la base d'un signal issu d'un capteur de la position angulaire de son rotor. Dans un exemple, la machine électrique 12, dont le rotor est couplé à l'axe 25 du vilebrequin du moteur thermique 15, peut être commandée à partir d'informations données par un capteur 22 de la position angulaire du vilebrequin. Avantageusement, un tel capteur est déjà utilisé par l'ECU pour la commande du moteur.
La commande de la machine électrique implique de faire passer les phases U, V et W du stator 21 successivement dans six états ou motifs d'excitation déterminés, qui sont répétés séquentiellement tous les 360 degrés. Ceci implique des bascules successives de chacune des phases entre un état haut U+, V+ et W+, respectivement, et un état bas U-, V- et W-, respectivement, avec un déphasage de 120 degrés entre les phases.
La figure 2 illustre schématiquement un exemple non limitatif d'un circuit de commande d'une machine électrique 12 permettant une commande comme décrite ci-dessus. La machine électrique représentée est, de manière classique, composée d'une partie statique, à savoir le stator 21 , et d'une partie mobile en rotation, à savoir le rotor 20.
Le circuit de commande utilisé pour la commande de la machine électrique 12 opère en boucle fermée sur la base d'une mesure de la position angulaire du rotor. Cette mesure peut être réalisée, par exemple, par le capteur 22 précité, dont le signal de sortie est traité par une unité de commande 23. La succession d'états des phases (précédemment décrite) qui est associée aux changements de motifs d'excitation de la machine est représentée par le tableau 24. L'entraînement est donc généré par la commande d'un courant successivement dans une ou plusieurs des bobines 21 a, 21 b et 21 c du stator correspondant aux phases U, V et W, respectivement.
Ce courant dans les bobines est commandé par l'application de signaux périodiques pour lesquels, en modulant la largeur des impulsions de ces signaux (avec un rapport cyclique donné) et/ou en faisant varier la phase de la commande (avec une valeur angulaire donnée) par rapport à une référence (en l'occurrence, le signal de mesure de position angulaire), on peut notamment changer la valeur du couple moteur généré lorsque la machine fonctionne en mode démarreur.
De la même façon, il est aussi possible d'exploiter ces deux derniers paramètres de commande (à savoir la modulation de largeur des impulsions et la synchronisation de la commande) lorsque la machine électrique fonctionne en mode générateur, pour modifier son rendement, c'est-à-dire l'efficacité avec laquelle elle produit de l'énergie électrique. Une modification concomitante du couple de freinage moteur en découle directement. Autrement dit, dans les phases de décélération du véhicule, la modification des paramètres de commande de la machine électrique permet un contrôle du couple de freinage moteur généré par ladite machine.
En effet, une désynchronisation délibérée de la commande générée (on parle alors de « déphasage » par opposition au phasage habituellement recherché pour optimiser le rendement de la machine) ou une modification ponctuelle du rapport cyclique d'ouverture (RCO) utilisant la modulation de largeur d'impulsions (MLI, ou PWM de l'anglais « Puise Width Modulation »), entraîne une dégradation de l'efficacité de la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique par la machine électrique. Ainsi, l'énergie mécanique produite par la machine lors des phases de décélération peut être, sélectivement, utilisée pour contribuer délibérément au freinage du véhicule lorsque cela est considéré comme nécessaire ou pour être convertie en énergie électrique avec le meilleur rendement possible.
La figure 3 montre une courbe 31 illustrant de façon simplifiée un exemple de signal électrique utilisant la MLI pour modifier le RCO. Dans cet exemple, des créneaux de tension d'amplitude constante (qui apparaissent en traits pleins à la figure 3) voient leur largeur temporelle varier en fonction du temps. Localement, le rapport entre le temps pendant lequel le signal est à l'état haut (t), c'est-à-dire à sa valeur de tension maximale, et le temps correspondant à une période moyenne (T) du signal, définit le rapport cyclique d'ouverture (RCO). La variation de celui-ci induit une variation de la tension effective vue par les phases pendant la commande. Dans un mode de réalisation de l'invention, ce type de modulation est utilisé sur le signal appliqué à chacune des phases U, V et W du stator de la machine électrique pour sa commande. En modifiant volontairement les paramètres caractéristiques de la MLI de ces signaux, on peut dégrader volontairement l'efficacité de la production d'énergie électrique par la machine tournante lors des phases de décélération du véhicule et ainsi faire varier, de façon voulue, le couple de freinage qui est généré par la machine et est appliqué au moteur.
La figure 3 montre, en outre, le tableau 24 (identique à celui de la figure 2) illustrant un exemple de cycle de commande de la machine électrique. Dans cet exemple non limitatif, six motifs d'excitation du cycle de commande de la machine couvrent une rotation complète du rotor, en alternant tensions hautes et tensions basses respectivement symbolisées par les valeurs U+ et U-, V+ et V-, et W+ et W-, sur chacune des trois phases, respectivement. Ces couples de tensions haute et basse sont respectivement délivrés à chacune des bobines de la machine.
Comme l'illustre le tableau, les six motifs d'excitation représentés ici sont donc appliqués aux bobines tous les 60 ° , et ce de manière synchronisée. Dans un mode de réalisation, lors de l'utilisation de la machine en mode générateur, la synchronisation de la commande lors d'une décélération du véhicule, c'est-à-dire son phasage, est donc modifiée d'une valeur angulaire déterminée pour réduire le rendement de la production d'énergie électrique et augmenter en conséquence le couple de freinage moteur généré par la machine.
La figure 4 montre un tableau 41 illustrant quelques exemples de variation du couple de freinage (exprimé en Newton mètre) généré par la machine électrique dans différentes configurations de commande entraînant une diminution du rendement de la production d'énergie électrique (ou rendement électrique) de ladite machine par rapport au rendement optimal (i.e., maximum). On notera que, plus le rendement électrique de la machine est mauvais (ou faible), plus le couple de freinage est élevé, en raison du principe général de la conservation de l'énergie.
Dans les exemples de la figure 4, le rendement électrique maximum correspond à la première ligne du tableau, pour laquelle le rapport cyclique τ de la MLI est égal à 100%, la commande de la machine étant effectuée, en fonction du besoin en courant à chaque instant dans le véhicule y compris pour la recharge de la batterie, en faisant varier le déphasage. Les exemples du tableau de la figure 4 sont donnés pour deux situations initiales (définies, respectivement, par les deux colonnes du tableau) de la production de courant par la machine qui sont liées à des besoins en courant spécifiques dans le véhicule. Plus particulièrement :
• la colonne de gauche du tableau 41 correspond à une production de courant initiale nulle ; et,
• la colonne de droite du tableau 41 correspond à une production d'un courant initiale de 20 ampères (20 A).
Deux types de modifications de la commande de la machine, correspondant à deux modes de réalisation distincts, apparaissent dans les exemples représentés. Ils consistent respectivement :
• selon le mode de réalisation de la deuxième ligne du tableau, à commander la machine électrique avec un signal désynchronisé en phase d'une valeur constante de -60° , en faisant varier un paramètre de commande qui correspond au rapport cyclique (paramètre τ) de la modulation de largeur d'impulsion (MLI), de manière à obtenir un rendement diminué par rapport au rendement optimal obtenu dans la première ligne du tableau ; ou,
· selon le mode de réalisation de la troisième ligne du tableau, à commander la machine électrique avec un signal dont la MLI présente un rapport cyclique dégradé à 15% (T = 15%), en faisant varier le déphasage de manière aussi à obtenir un rendement diminué par rapport au rendement optimal obtenu dans la première ligne du tableau.
La combinaison des deux types de commande précités, à savoir par la commande du rapport cyclique ou la commande du déphasage de la MLI permet d'obtenir la production d'un couple de freinage désiré quelles que soient les circonstances c'est-à-dire quels que soient les appels de courant dans le véhicule (y compris la batterie). Il est ainsi possible, par exemple, d'adapter dynamiquement les paramètres de commandes, soit pour toujours produire le couple de freinage maximum (ici, par exemple, 1 .36 Nm dans le cas de la première colonne et 1 .8 Nm dans le cas de la seconde colonne) afin d'aider à ralentir le véhicule lorsque cela est nécessaire, soit pour « lisser » la valeur du couple de freinage généré (c'est-à-dire limiter ses variations) afin de ne pas surprendre le conducteur du véhicule quelles que soient les phases de conduite du véhicule et les besoins en énergie électrique dans le véhicule (ici, par exemple 1 .3 Nm pour la première colonne et la deuxième ligne, et encore 1 .3 Nm pour la seconde colonne et la troisième ligne alors que le courant demandé dans le véhicule est très différent).
Par ailleurs, il est à noter que la réalisation d'un procédé tel que celui de l'invention autorise le déclenchement de sa mise en œuvre à partir d'une pluralité d'événements potentiels. Comme, par exemple : • lorsque l'utilisateur du véhicule le requiert spécifiquement via une commande spécifique prévue pour accentuer le freinage du véhicule de sorte que c'est au conducteur d'apprécier l'opportunité d'utiliser ou non le freinage additionnel procuré par l'invention,
· lorsque le véhicule est conduit sur une longue pente, afin par exemple de moins solliciter les freins du véhicule,
• lorsque le véhicule est conduit dans un environnement urbain, où l'exigence de sécurité est plus importante (l'environnement urbain pouvant être détecté par un système de localisation par satellite couplé à une cartographie du réseau routier, par exemple),
• lorsque le conducteur du véhicule utilise le frein (avant ou arrière) suivant une amplitude et/ou une dynamique particulière, par exemple, et/ou
• lorsque le véhicule dépasse une certaine vitesse au-delà de laquelle un apport de couple de freinage peut être considéré comme déterminant pour la sécurité du véhicule et de ses passagers.
Enfin, l'homme du métier appréciera que dès lors que, lors des phases de décélération l'énergie mécanique produite n'est pas exploitée sous la forme du couple de freinage ou convertie en énergie électrique par la machine électrique tournante, celle-ci est dissipée thermiquement. Toutefois, il est à noter que le dimensionnement de l'ensemble moteur du véhicule permet que cette dissipation indispensable n'implique pas un point de fonctionnement du dispositif l'amenant à sortir de limites provoquant sa détérioration éventuelle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'une machine électrique (12) ayant un rotor dont l'axe est couplé au vilebrequin d'un moteur (15) de véhicule et adaptée pour, en mode générateur de courant, produire de l'énergie électrique à partir de la rotation du moteur, le procédé comprenant, dans le mode générateur de courant électrique :
· dans une première phase de conduite, la génération et l'application d'un jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) basé sur la recherche d'un rendement souhaité pour la production d'énergie électrique par la machine électrique,
caractérisé en ce que le procédé comprend
· dans une seconde phase de conduite, différente de la première phase de conduite, la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) basée sur la recherche d'un couple de freinage souhaité, ledit couple de freinage étant généré par la machine électrique et transmis au vilebrequin du moteur (15), et l'application du jeu de paramètres modifié, et en ce que le jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) comprend le rapport cyclique et le déphasage de signaux de commande des phases de la machine électrique utilisant une modulation de largeur d'impulsion, et en ce que dans la seconde phase de conduite, la modification du jeu de paramètres consiste à modifier la valeur du rapport cyclique et/ou la valeur du déphasage de façon à dégrader le rendement de la production d'énergie électrique par la machine électrique (12), par rapport à des valeurs théoriques qui sont définies de manière à produire un rendement maximum de celle-ci en mode générateur de courant électrique.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) est basée sur la recherche d'un couple de freinage maximum.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) est basée sur la recherche d'un couple de freinage constant.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique (12) est déclenchée selon un critère parmi la liste suivante : une commande directe de l'utilisateur du véhicule, une reconnaissance de conduite sur une longue pente descendante, une reconnaissance de conduite urbaine, l'utilisation du frein, et le dépassement par valeurs supérieures d'une certaine vitesse du véhicule.
5. Unité de contrôle du moteur (14) configurée pour mettre en œuvre toutes les étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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