WO2021155987A1 - Procédé d'identification de dysfonctionnement d'un ensemble onduleur-moteur - Google Patents

Procédé d'identification de dysfonctionnement d'un ensemble onduleur-moteur Download PDF

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WO2021155987A1
WO2021155987A1 PCT/EP2020/087208 EP2020087208W WO2021155987A1 WO 2021155987 A1 WO2021155987 A1 WO 2021155987A1 EP 2020087208 W EP2020087208 W EP 2020087208W WO 2021155987 A1 WO2021155987 A1 WO 2021155987A1
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WO
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phase
voltage
inverter
during
switches
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/087208
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Inventor
Rodolphe JAUMOUILLÉ
Michel Parette
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults

Definitions

  • the invention relates to the field of controlling and monitoring multiphase electric motors which operate with an inverter.
  • the operation of these electric motors is monitored in order to first identify any malfunction, and then to identify the source of this malfunction in order to apply corrective measures or to switch to a degraded operating mode. adapted.
  • An electric motor controlling the steering of a motor vehicle is an example of one of these particularly critical applications.
  • the loss of the steering or steering assistance function that is to say of controlling the angular direction of the vehicle's wheels, represents a critical risk, and this criticality is maximum when it is question for example of an autonomous vehicle.
  • any malfunction of the inverter-motor assembly must be detected and identified in a very short time in order to be able to take appropriate measures to the malfunction identified even before this malfunction. had an impact on the handling of the vehicle.
  • palliative methods which make it possible to implement a correction solution or a degraded operating mode making it possible to continue performing the function of the electric motor in safety.
  • the motor control can be adapted to operate only with two of the phases of the three-phase motor, in degraded mode, thus making it possible to maintain the assistance at management while waiting for maintenance.
  • Such methods for identifying malfunction of an inverter-motor assembly are known which use diagnostic algorithms which make it possible to identify the type of failure and to discriminate the phase of the motor which is at fault. Discrimination of the faulted phase of the motor is based on an inverse digital motor model, which uses the voltage and current measurements made on the motor before the fault occurred.
  • the performance of these algorithms is strongly dependent on the accuracy of the motor parameters (resistance, inductance, motor flux). However, these parameters change as a function of many external factors such as temperature or current saturation.
  • These algorithms must therefore be supplemented by advanced and sufficiently precise thermal models of the various engine components, by redundancy of temperature sensors, and by precise calibrations of engine parameters.
  • These known methods lead to complexity in the diagnosis to cover the entire operating range, for example, of a motor vehicle component such as power steering: high and low temperature, high speed, high torque gradient or voltage or speed, etc. These methods require more significant computational resources for the operation of these advanced algorithms.
  • malfunction identification methods use hardware components intended to control the stage of power of the electric motor control. Upon detection of a hardware malfunction, such a component is able to diagnose which phase of the electric motor is faulty through continuous supervision of the power stage and / or during a diagnostic performed after the engine has been deactivated. electric. These methods are generally based on the injection of a small current flowing between phases of the electric motor. Such methods require the presence of an expensive component and physically lead to bulkiness of the printed circuits intended for controlling the electric motor. In addition, it is not acceptable in some applications, such as motor vehicle power steering, to generate current in the motor to perform a diagnosis. Furthermore, a supervision hardware component can be sensitive to the speed of the motor because the voltages in the phases of the motor can be disturbed by the back-electromotive force induced by the speed of the electric motor. DISCLOSURE OF THE INVENTION
  • the aim of the invention is to improve the methods for identifying malfunction of an inverter-motor assembly of the prior art.
  • the invention relates to a method for identifying a malfunction of a multiphase inverter-motor assembly comprising an electric motor and an inverter having power switches divided into branches, each phase of the electric motor being connected to a branch of the inverter by a phase switch, this method comprising a plurality of sequential diagnostics which each comprise the following steps:
  • an initial configuration step of the inverter in which a choice of control is made for each branch of the inverter, this choice being made from the group consisting of: fixed control in open mode of the power switches; pulse width modulation control according to a predetermined duty cycle for diagnosing power switches;
  • phase polarization step in which a diagnostic voltage predetermined is applied to each of the branches of the inverter
  • Such a malfunction identification method makes it possible to discriminate the origin of a failure in a very short time following the detection of this failure.
  • the method according to the invention is particularly suited to automotive standards and allows, for example, the identification of a malfunction within 100 ms of the onset of the malfunction, and this over the entire speed range of a power steering motor.
  • the method according to the invention does not require precise knowledge of the parameters of the engine. A production calibration of these parameters, or knowledge of their evolution as a function of temperature and current is therefore not necessary. In addition, in operation, no temperature measurement in the electric motor or other components is necessary.
  • the method according to the invention also has low sensitivity to disturbances relating to strong gradients in torque, speed or voltage (the identification of the malfunction is in fact carried out outside of the current engine control phases).
  • the implementation of the method is relatively simple and requires few computing resources for its implementation in a computer.
  • the process is not intrusive, which is a guarantee of operational reliability (no current injection is carried out on the power stage).
  • the malfunction identification method may include the following additional characteristics, alone or in combination: - During the phase polarization step, the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the supply voltage of the inverter;
  • the voltage measurement step is performed by determining the average of a plurality of voltage measurement samples taken for each phase
  • the method comprises a first sequential diagnosis in which:
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the resulting expected value for each phase is substantially equal to the predetermined diagnostic voltage
  • the method comprises a second sequential diagnosis in which:
  • all the power switches are controlled in open mode with the exception of the power switches corresponding to a phase under test and which are controlled in pulse width modulation according to a predetermined diagnostic duty cycle;
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the resulting value expected for the phase under test is a value substantially equal to the supply voltage of the inverter multiplied by the predetermined diagnostic duty cycle, and the resulting value expected for the other phases is approximately equal to the voltage of predetermined diagnosis;
  • the predetermined diagnostic duty cycle is much less than 50%
  • the predetermined diagnostic duty cycle is much greater than 50%
  • the method comprises a third sequential diagnosis in which:
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the resulting value expected for the average of the voltages of all the phases is substantially equal to the predetermined diagnostic voltage
  • a short-circuit is identified between at least one phase and the supply voltage of the inverter, this short-circuit being located between the phase switches and the motor;
  • the method includes a first variant of a fourth sequential diagnosis in which:
  • all the power switches are controlled in open mode with the exception of the power switches corresponding to a phase under test which are controlled in pulse width modulation according to a predetermined diagnostic duty cycle;
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the expected resultant value for the phase under test is substantially equal to the value of the supply voltage of the inverter multiplied by the predetermined diagnostic duty cycle, and the expected resultant value for the other phases is substantially equal to the voltage of the phase under test plus the voltage resulting from the back-electromotive force of the motor for the phase concerned;
  • the method comprises a second variant of the fourth sequential diagnosis in which:
  • phase switches are set to the closed state during step initial configuration of phase switches
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the resulting value expected for each phase is substantially equal to the predetermined diagnostic voltage added to the back-electromotive force of the phase concerned, the addition of the back-electromotive forces of all the phases being equal to zero;
  • the method comprises a second variant of the fourth sequential diagnosis in which:
  • the predetermined diagnostic voltage is approximately 50% of the inverter supply voltage
  • the voltage measurements are carried out according to a sampling comprising a predetermined number of measurements
  • the resulting value expected for each phase is substantially equal to the predetermined diagnostic voltage added to the back-electromotive force of the phase concerned, the addition of the back-electromotive forces of all the phases being equal to zero;
  • the first variant of the fourth sequential diagnosis is implemented to an electrical rotation speed less than approximately 200 rad / s and the second variant of the fourth sequential diagnosis is implemented for an electrical rotation speed greater than approximately 200 rad / s.
  • Figure 1 shows schematically an inverter-motor assembly suitable for implementing the method according to the invention
  • FIG.2 Figure 2 is a diagram illustrating the method according to the invention.
  • FIG.3 Figure 3 illustrates the inverter-motor assembly of Figure 1 in more detail
  • Figure 4 illustrates the phase bias assembly of the inverter-motor assembly of Figures 1 and 3.
  • FIG. 1 schematically represents an inverter-motor assembly as well as the elements allowing the implementation of the malfunction identification method according to the invention.
  • the motor-inverter assembly comprises an electric motor 1 powered by an inverter 2 connected to a battery 3.
  • the motor 1 is a three-phase electric motor making it possible to assist or control the steering of a vehicle.
  • the motor 1 comprises three phases u, v, w connecting the motor 1 to the inverter 2.
  • a set of phase switches 7 are provided to allow the breaking of each of the phases u, v, w.
  • the inverter 2 consists of power transistors distributed in three branches corresponding to the three phases u, v, w.
  • the inverter 2 is controlled in a conventional manner for this type of application thanks, for example, to a computer incorporating a microcontroller and the other electronic elements suitable for controlling the electric motor (the computer is not shown in the figures) .
  • This computer is suitable for implementing malfunction detection methods as well as palliative processes when a dysfunction is detected and identified.
  • the inverter-motor assembly comprises a phase 4 bias assembly which is adapted to apply to each of the phases u, v, w a predetermined voltage.
  • This phase polarization assembly is associated with a polarization module 5 which is adapted to activate or deactivate the phase polarization by acting on the phase polarization assembly 4.
  • the inverter-motor assembly also comprises a configuration module 6 of the inverter 2.
  • This configuration module 6 makes it possible to control the operation of the inverter 1 according to a predetermined pulse width modulation signal for each phase u, v, w, or on the contrary allows to deactivate inverter 1.
  • the inverter-motor assembly also includes:
  • a voltage module 8 allowing the measurement and acquisition of the voltages of each of the phases u, v, w;
  • a speed module 10 adapted to measure the speed of rotation of the engine
  • an identification module 9 making it possible to identify the part of the inverter-motor assembly which is responsible for the malfunction from the elements supplied by the voltage module 8 and the speed module 10.
  • Figure 2 schematically illustrates the succession of sequential diagnostics constituting the malfunction identification process.
  • the malfunction identification method sequentially implements a plurality of diagnoses all having the same general structure.
  • each of these sequential diagnostics comprises in particular the following steps:
  • a step of identifying a malfunction that is to say the identification of the component of the inverter-motor assembly which is the cause of the malfunction, by the identification module 9.
  • FIG. 2 illustrates the identification method as the sequence of the various sequential diagnostics, each of which presents the general structure presented above, carried out according to a sequence making it possible to check the components of the inverter-motor assembly until the or the organs responsible for the dysfunction.
  • a malfunction is reported following the implementation of a conventional malfunction detection method (not described).
  • the malfunction identification method starts from this step E1 which may include, for example, the activation of an indicator ("flag") signaling the detection of a malfunction that it is necessary to correct. identify.
  • the malfunction identification method comprises four sequential diagnostics illustrated by steps E2, E3, E4, as well as E5a and E5b. These four sequential diagnostics are executed in this order and allow respectively:
  • Step E2 identification of a short circuit in one of the power transistors of the inverter
  • Step E3 identification of a short circuit between two phases u, v, w, or identification of a power transistor still open, or identification of a faulty transistor control;
  • Step E4 identification of a short-circuit between a phase u, v, w of the motor and the ground or between a phase u, v, w and the DCLink power supply;
  • Steps E5a and E5b identification of a break in electrical continuity leading to the permanent opening of one of the phases u, v, w of the motor.
  • Step E6 corresponds to the activation of an indicator identifying a malfunction to allow a conventional palliative process (not described here) to take over in order to apply corrective or degraded operation measures, based on the identification of the malfunction.
  • the three-phase electric motor 1 comprises three windings 11.
  • the set of phase switches 7 consists of three switches 7u, 7v, 7w each adapted to open one of the phases u, v, w .
  • the inverter 2 comprises three branches corresponding to the three phases u, v, w, each of the branches comprising two power transistors, for example of the MOS type (“Metal Oxide Semiconductor”), connected on the one hand to ground and on the other hand to the DCLink power supply.
  • Inverter 2 thus comprises:
  • Each of the branches of the inverter 2 drives one of the phases u, v, w thanks to its high transistor 12 and its low transistor 13.
  • the first sequential diagnosis E2 is first of all carried out to identify the presence of a short circuit on one of the transistors 12, 13.
  • This first diagnosis starts with a first step of initial configuration of the inverter which here consists in deactivating the control of the power stage, that is to say that all the transistors 12, 13 are positioned in the passive state. (therefore open) during this first diagnosis.
  • these phase switches 7 are all open so as not to generate any disturbance in the motor 1 in the event of a failure on the power stage and in order not to suffer the effects.
  • the back electromotive force induced by the possible speed of the electric motor which remains in rotation the diagnosis can in fact be carried out during the rotation of the motor 1).
  • the polarization module 5 controls the polarization assembly 4 to polarize all the phases u, v, w at a predetermined diagnostic voltage Vb.
  • the diagnostic voltage Vb is, in the present example, 50% of the DCLink supply voltage of inverter 2.
  • the microcontroller acquires the voltage of each phase u, v, w using the voltage module 8.
  • the voltage measurement of each phase u, v, w is compared to an expected resulting value.
  • the expected resulting value is equal to the diagnostic voltage Vb. Indeed, if no transistor 12, 13 is short-circuited, then the voltages measured for each of the phases u, v, w must be equal to Vb (see figure 3) since no connection exists between the phases u, v, w and ground or DCLink supply voltage.
  • the voltage measurement step is preferably carried out by a plurality of measurements (for example 20) over a predetermined period and by determining the average of these measurements to obtain the desired voltage value. The greater the number of these measurements, the more reliable the voltage measurement.
  • the comparison step is preferably carried out by determining:
  • Vb which here is 50% of the DCLink value
  • this measured voltage is then considered to be equal to zero (short-circuit on the transistor low side 13).
  • the system activates an indicator (at step E6 of FIG. 2) indicating that the malfunction is a short-circuit. circuit and identifying the transistor concerned.
  • a second sequential diagnosis then takes place (step E3 in Figure 2).
  • This second diagnosis makes it possible to identify the following malfunctions: a short-circuit between two phases u, v, w; a malfunction of the control electronics of a transistor 12, 13; and a stuck open transistor.
  • This second diagnosis is broken down into two parts carried out sequentially.
  • the first part makes it possible to diagnose a control anomaly of the low-side transistors 13 or a short-circuit between two phases u, v, w.
  • the second part makes it possible to diagnose a control anomaly of a high-side transistor 12.
  • the first diagnostic starts with a first step of initial configuration of the inverter which here consists in positioning the transistors 12, 13 in the passive state (that is to say open), with the exception of transistors of one of the branches of the inverter which corresponds to a phase u, v, w which is qualified as phase under test.
  • the three phases u, v, w will be tested in turn thanks to three iterations of the process each allowing the testing of a phase u, v, w.
  • the first phase tested is phase u.
  • the transistors of the other two phases v, w are kept open, the transistors corresponding to phase u are then controlled according to a pulse width modulation control which has a low duty cycle, that is to say much less than 50% (for example 10%), during the first part of the diagnosis, and which has a high duty cycle, that is to say much greater than 50% (for example 90%), for the second part of the diagnosis.
  • a pulse width modulation control which has a low duty cycle, that is to say much less than 50% (for example 10%), during the first part of the diagnosis, and which has a high duty cycle, that is to say much greater than 50% (for example 90%), for the second part of the diagnosis.
  • phase switches 7 are all open.
  • the polarization module 5 controls the polarization assembly 4 to polarize all the phases u, v, w at a predetermined diagnostic voltage Vb.
  • the diagnostic voltage Vb is, in the present example, 50% of the DCLink supply voltage of inverter 2.
  • the microcontroller acquires the voltage of each phase u, v, w using the voltage module 8.
  • the voltage measurement of each phase u, v, w is compared to an expected resulting value.
  • the resulting expected value for each phase is different for the first part of the diagnosis and for the second part of the diagnosis.
  • the resulting value expected for the phase under test is equal to the voltage DCLink power supply multiplied by the low duty cycle
  • a malfunction of the control of the low side transistor corresponding to the phase under test is identified if the voltage measured on the phase under test is greater than the DCLink supply voltage multiplied by the low duty cycle (possibly added a safety threshold);
  • phase v is being tested:
  • Vb on phase u, of DCLink multiplied by the low duty cycle on phase v, and of Vb on phase w correspond to the identification of a malfunction in the control of the 13v transistor.
  • the resulting value expected for the phase under test is equal to the DCLink supply voltage multiplied by the high duty cycle
  • the resulting value expected for the other two phases is equal to the diagnostic voltage Vb.
  • the following fault can be identified in this second part of the diagnostic when the voltages measured on phases u, v, w do not correspond to the expected resulting values:
  • a malfunction of the control of the high side transistor corresponding to the phase under test is identified if the voltage measured on the phase under test is lower than the DCLink supply voltage multiplied by the high duty cycle (possibly reduced a safety threshold).
  • phase v is being tested:
  • Vb on phase u, of the DCLink supply voltage multiplied by the high duty cycle on phase v, and of Vb on phase w correspond to the identification of a malfunction of the control of the 12v transistor.
  • a third sequential diagnosis then takes place (step E4 in Figure 2). This third diagnosis aims to identify:
  • any short-circuit between a phase and the power supply (this short-circuit being located between the phase switch and the motor).
  • This third diagnostic starts with a first configuration step initial inverter which here consists in deactivating the control of the power stage, that is to say that all the transistors 12, 13 are positioned in the passive state (therefore open) during this third diagnosis.
  • phase switches 7 are all positioned and maintained in the closed state in order to be able to diagnose the phases u, v, w between the phase switches and the motor.
  • the polarization module 5 controls the polarization assembly 4 to polarize all the phases u, v, w at a predetermined diagnostic voltage Vb.
  • the diagnostic voltage Vb is, in the present example, 50% of the DCLink supply voltage of inverter 2.
  • the microcontroller acquires the voltage of each phase u, v, w using the voltage module 8. During this step, an average of the three phase voltages is further calculated. The three measured voltages are added together and the result is divided by three, which makes it possible to obtain a voltage value resulting from the back-electromotive forces, and therefore independent of the variation in the back-electromotive forces induced by the rotation of the motor.
  • the average of the three phase voltages is compared to an expected resulting value.
  • the expected resulting value is equal to the diagnostic voltage Vb.
  • the average of the three phase voltages is less than the voltage Vb (possibly reduced by a safety threshold), or if the average of the three phase voltages is less than 0V plus a predetermined threshold, this means that a short circuit is present between at least one phase and ground.
  • the average of the three phase voltages is greater than the voltage Vb (possibly increased by a safety threshold), or if the average of the three phase voltages is greater than DCLink less a predetermined threshold, this means that there is a short circuit between at least one phase and the DCLink supply voltage.
  • the system activates an indicator (at step E6 in figure 2) indicating that the malfunction is a short-circuit at the level of the phases of the motor.
  • a fourth sequential diagnosis then takes place (step E5a and E5b in Figure 2).
  • This fourth diagnosis makes it possible to identify a malfunction relating to one or more open motor phases, that is to say the rupture of an electrical conductor between a phase switch and the corresponding motor winding.
  • This fourth diagnosis can be broken down into two variants depending on the speed of electrical rotation.
  • the electric speed of rotation corresponds to the speed of rotation of the motor multiplied by a factor relating to the number of pairs of poles of the motor. For example, for a motor with four pairs of poles, the ratio of the electric rotation speed to the motor rotation speed is 4.
  • the first variant is implemented in the case of an electric rotation speed, for example.
  • the second variant is implemented in the case of a high electrical rotation speed, for example greater than 210 rad / s.
  • the speed threshold for the selection of the first variant or the second variant can be dynamically adapted depending in particular on the available supply voltage.
  • the fourth diagnostic starts with a first step of initial configuration of the inverter which here consists in positioning the transistors 12, 13 in the passive state (that is to say open) , with the exception of the transistor of one of the branches of the inverter which corresponds to a phase u, v, w which is qualified as phase under test.
  • the three phases u, v, w will be tested in turn thanks to three iterations of the method each allowing the testing of a phase u, v, w.
  • the first phase tested is phase u.
  • phase switches 7 While the transistors of the other two phases v, w are kept open, the transistors corresponding to phase u are then controlled according to a pulse width modulation control which is preferably chosen away from 50%, that is to say having either a high value (eg 80%) or a low value (eg 20%). In a second step of initial configuration of the phase switches 7, these phase switches 7 are all positioned and maintained in the closed state.
  • a pulse width modulation control which is preferably chosen away from 50%, that is to say having either a high value (eg 80%) or a low value (eg 20%).
  • the polarization module 5 controls the polarization assembly 4 to polarize all the phases u, v, w at a predetermined diagnostic voltage Vb.
  • the diagnostic voltage Vb is, in the present example, 50% of the DCLink supply voltage of inverter 2.
  • the microcontroller acquires the voltage of each phase u, v, w using the voltage module 8.
  • the voltage measurement of each phase u, v, w is compared to an expected resulting value.
  • the resulting expected value for the phase under test is equal to the DCLink supply voltage multiplied by the duty cycle.
  • the resulting expected value for the other two phases is equal to the previous voltage (DCLink supply voltage multiplied by the duty cycle) plus the back electromotive force of the considered phase.
  • the voltage measured on the phase under test is equal to the DCLink supply voltage multiplied by the duty cycle while the voltage measured on the two other phases is equal to the diagnostic voltage Vb added to the back-electromotive force of the phase considered.
  • phase u is being tested:
  • the back-electromotive force of each phase can be obtained, for example, by calculation.
  • the amplitude of the back-electromotive force voltage induced by the speed of rotation of the motor is in fact equal to the speed of the motor multiplied by the flux of the motor multiplied by the square root of 3. The speed of the motor is measured by the speed module.
  • the back-electromotive force of each phase can be estimated by a threshold value because this first variant is applied at low rotational speeds.
  • the system activates an indicator (at step E6 in FIG. 2) indicating that the malfunction is a cut in the phases of the motor and indicating the phase concerned.
  • the fourth diagnostic starts with a first step of initial configuration of the inverter which here consists in deactivating the control of the power stage, that is to say that all the transistors 12, 13 are positioned in the passive state (therefore open) during this second variant of the fourth diagnosis.
  • phase switches 7 are all positioned and maintained in the closed state.
  • the polarization module 5 controls the polarization assembly 4 to polarize all the phases u, v, w at a predetermined diagnostic voltage Vb.
  • the diagnostic voltage Vb is, in the present example, 50% of the DCLink supply voltage of inverter 2.
  • the microcontroller acquires the voltage of each phase u, v, w thanks to the voltage module 8.
  • a sampling of N voltage values for example 20
  • a “Phase u (n)” sample thus designates a voltage measurement carried out on phase u at time n
  • the “Phase v (n)” sample designates the voltage measurement carried out on phase v at the same time n
  • Each speed measurement sample denoted MotSpdEI (n) therefore corresponds to a motor speed measurement taken simultaneously with the voltage samples Phase u (n), Phase v (n), and Phase w (n).
  • a comparison step the voltage measurement of each phase u, v, w is compared to an expected resulting value.
  • This comparison step implements a comparison between a representative voltage Vdiag determined for each phase u, v, w and a threshold voltage Vthreshold determined as indicated below.
  • the principle is that the expected resulting values are:
  • phase v is being tested and if this phase is cut off at the level of the motor, then the voltage value measured on this phase v will be substantially equal to the diagnostic voltage Vb and the sum of the back-electromotive force of the u phase and the back-electromotive force of the w phase will be zero.
  • the representative voltage Vdiag for a phase u, v, w is calculated for each sample n of measured voltage.
  • Voltage representative Vdiag for one of the phases (called phase under test) and for a voltage measurement sample "n" is equal to the absolute value of the average of the voltages n of all the phases u, v, w minus the average of the voltages n of the two phases which are not under test. The calculation of this representative voltage Vdiag is written:
  • This value VdiagPhX (n) is therefore calculated for each phase u, v, w according to three iterations where the phases u, v, w are sequentially designated as the phase under test.
  • a threshold voltage is calculated for each sample “n” of engine speed measurement, according to the formula: In the previous formula:
  • VseuilMin is a safety threshold fixed, in this example at 0.3V;
  • SpdRatio is a ratio applied to the motor speed to increase the threshold voltage.
  • SpdRatio is set to 0.0015 V / (rad / s);
  • - MotSpdEI (n) is the motor speed measurement for sample n; - MotSpdElmin is the minimum speed for which this second variant of the fourth diagnostic can be used. This value is here 210 rad / s.
  • the comparison step is carried out by comparing, for each phase u, v, w, the value VdiagPhX (n) and the corresponding value Vthreshold (n).
  • VdiagPhX (n) is less than Vthreshold (n)
  • an error is qualified for the sample n, and for the phase u, v, w concerned.
  • the failure is identified, that is to say a rupture of continuity of the motor phase of the phase concerned. This rate of 80% corresponds to an identification threshold which can be adjusted.
  • FIG. 4 illustrates an example of a bias module 5 adapted to produce a diagnostic voltage Vb which is equal to 50% of the DCLink supply voltage for each of the phases u, v, w.
  • Vb diagnostic voltage
  • This central value makes it possible to deviate as much as possible from both the zero potential of the mass and the potential of the power supply, in order to be able to carry out diagnostics at high speed despite the back-electromotive force voltages induced by the speed of the motor.
  • This voltage divider assembly comprises a logic signal input 14 connected to the microcontroller which activates or deactivates the phase polarization.
  • the logic signal input 14 drives a MOS transistor 15 placed between the DCLink supply voltage and ground, via a bipolar transistor 17.
  • the MOS transistor 15 is controlled (in order to bias the phases during phase polarization steps), the motor phases are connected to the DCLink supply voltage by so-called “pull-up” resistors 18.
  • the phases u, v, w are connected to ground via the so-called “pull-down” resistor 19. High resistance values are used for resistors 18, 19 so that the assembly does not disturb the control of the motor phases by the power stage, when the latter is active.
  • Any other electronic assembly making it possible to apply the diagnostic voltage Vb to the phases u, v, w can be alternatively used as a polarization module 5.
  • malfunction identification method can be implemented without departing from the scope of the invention.
  • only part of the sequential diagnostics described can be performed to constitute a method of identifying a malfunction.

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Abstract

Procédé d'identification de dysfonctionnement d'un ensemble onduleur- moteur, comportant une pluralité de diagnostics séquentiels qui comportent chacun les étapes suivantes : - une étape de configuration initiale de l'onduleur (2); - une étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7); - une étape de polarisation des phases (u, v, w); - une étape de mesure de tension dans laquelle la tension de chaque phase (u, v, w) est mesurée; - une étape de comparaison dans laquelle la mesure de tension de chaque phase (u, v, w) est comparée à une valeur résultante attendue. - une étape d'identification de dysfonctionnement lorsque la mesure de tension d'une phase diffère de la valeur résultante attendue.

Description

DESCRIPTION
Titre : Procédé d’identification de dysfonctionnement d’un ensemble onduleur- moteur
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine du pilotage et de la surveillance des moteurs électriques multiphases qui fonctionnent avec un onduleur.
De nombreuses applications utilisent des moteurs électriques à plusieurs phases alimentés par une source de tension continue telle qu’une batterie, grâce à un onduleur. Dans l’automobile, par exemple, de tels moteurs électriques sont alimentés par les batteries du véhicule.
Dans certaines applications particulièrement critiques, le fonctionnement de ces moteurs électriques est surveillé en vue tout d’abord d’identifier tout dysfonctionnement, et ensuite d’identifier la source de ce dysfonctionnement pour appliquer des mesures correctives ou pour passer dans un mode de fonctionnement dégradé adapté.
Un moteur électrique contrôlant la direction d’un véhicule automobile est un exemple d’une de ces applications particulièrement critiques. En effet, la perte de la fonction de direction ou d’assistance à la direction, c’est-à-dire de contrôle de la direction angulaire des roues du véhicule, représente un risque critique, et cette criticité est maximale lorsqu’il est question par exemple d’un véhicule autonome.
Dans ces applications de direction ou d’assistance à la direction d’un véhicule, tout dysfonctionnement de l’ensemble onduleur-moteur doit être détecté et identifié en un temps très court pour pouvoir prendre des mesures adaptées au dysfonctionnement identifié avant même que ce dysfonctionnement n’ait eu une conséquence sur la conduite du véhicule.
ART ANTÉRIEUR
On connaît des procédés de détection de dysfonctionnement capables, par exemple dans un véhicule automobile, de détecter les symptômes d’un dysfonctionnement de l’ensemble onduleur-moteur pour une application particulière.
On connaît de plus des procédés palliatifs permettant de mettre en oeuvre une solution de correction ou un mode de fonctionnement dégradé permettant de poursuivre la réalisation de la fonction du moteur électrique en sécurité. Par exemple, lorsque l’une des phases d’un moteur électrique de direction assistée est défectueuse, la commande du moteur peut être adaptée pour fonctionner uniquement avec deux des phases du moteur triphasé, en mode dégradé, permettant ainsi de maintenir l’assistance à la direction en attendant une intervention de maintenance.
Pour mettre en oeuvre un tel procédé palliatif en réponse à la détection d’un dysfonctionnement, il est nécessaire d’identifier ce dysfonctionnement, c’est-à- dire d’identifier précisément l’organe électrique ou mécanique qui est défaillant au sein de l’ensemble onduleur-moteur. Ces procédés d’identification de dysfonctionnement sont particulièrement délicats à mettre en oeuvre et c’est sur eux que repose la mise en oeuvre correcte des procédés palliatifs.
On connaît de tels procédés d’identification de dysfonctionnement d’un ensemble onduleur-moteur qui utilisent des algorithmes de diagnostic permettant d’identifier le type d’une défaillance et de discriminer la phase du moteur qui est en défaut. La discrimination de la phase en défaut du moteur se base sur un modèle numérique inverse du moteur, qui utilise les mesures de tension et de courant faites sur le moteur avant l’apparition du défaut. La performance de ces algorithmes est fortement dépendante de la précision des paramètres du moteurs (résistance, inductance, flux moteur). Or, ces paramètres évoluent en fonction de nombreux facteurs extérieurs tels que la température ou la saturation en courant. Ces algorithmes doivent donc être complétés par des modèles thermiques avancés et suffisamment précis des différents organes du moteur, par des redondances des capteurs de température, et par des calibrations précises des paramètres moteurs. Ces procédés connus entraînent une complexité du diagnostic pour couvrir toute la plage de fonctionnement, par exemple, d’un organe de véhicule automobile tel qu’une direction assistée : haute et basse température, forte vitesse, fort gradient de couple ou tension ou vitesse, etc. Ces procédés requièrent de plus d’importantes ressources en calcul pour le fonctionnement de ces algorithmes avancés.
D’autres procédés d’identification de dysfonctionnement également connus utilisent quant à eux des composants matériels destinés à piloter l’étage de puissance de la commande du moteur électrique. Lors de la détection d’un dysfonctionnement matériel, un tel composant est capable de diagnostiquer la phase du moteur électrique qui est défaillante grâce à la supervision continue de l’étage de puissance et/ou lors d’un diagnostic effectué après la désactivation du moteur électrique. Ces procédés se basent généralement sur l’injection d’un faible courant circulant entre des phases du moteur électrique. De tels procédés requièrent la présence d’un composant onéreux et entraînent physiquement un encombrement des circuits imprimés destinés à la commande du moteur électrique. De plus, il n’est pas acceptable dans certaines applications, telles que la direction assistée de véhicule automobile, de générer un courant dans le moteur pour effectuer un diagnostic. Par ailleurs, un composant matériel de supervision peut se montrer sensible à la vitesse du moteur car les tensions dans les phases du moteur peuvent être perturbées par la force contre-électromotrice induite par la vitesse du moteur électrique. EXPOSÉ DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer les procédés d’identification de dysfonctionnement d’un ensemble onduleur-moteur de l’art antérieur.
À cet effet, l’invention vise un procédé d’identification de dysfonctionnement d’un ensemble onduleur-moteur multiphases comportant un moteur électrique et un onduleur présentant des interrupteurs de puissance répartis en branches, chaque phase du moteur électrique étant reliée à une branche de l’onduleur par un interrupteur de phase, ce procédé comportant une pluralité de diagnostics séquentiels qui comportent chacun les étapes suivantes :
- une étape de configuration initiale de l’onduleur dans laquelle un choix de commande est réalisé pour chaque branche de l’onduleur, ce choix étant réalisé parmi le groupe constitué de : la commande fixe en mode ouvert des interrupteurs de puissance ; la commande en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic des interrupteurs de puissance ;
- une étape de configuration initiale des interrupteurs de phase dans laquelle un choix d’état est réalisé pour chaque interrupteur de phase, ce choix étant réalisé entre un état fermé et un état ouvert ;
- une étape de polarisation des phases dans laquelle une tension de diagnostic prédéterminée est appliquée à chacune des branches de l’onduleur ;
- une étape de mesure de tension dans laquelle la tension de chaque phase est mesurée ;
- une étape de comparaison dans laquelle la mesure de tension de chaque phase est comparée à une valeur résultante attendue ;
- une étape d’identification de dysfonctionnement lorsque la mesure de tension d’une phase diffère de la valeur résultante attendue.
Un tel procédé d’identification de dysfonctionnement permet de discriminer l’origine d’une défaillance dans un temps très court suivant la détection de cette défaillance. Le procédé selon l’invention est notamment adapté aux standards automobiles et permet par exemple l’identification d’un dysfonctionnement dans les 100 ms suivant l’apparition du dysfonctionnement et ce sur toute la gamme de vitesse d’un moteur de direction assistée.
Le procédé selon l’invention ne requiert pas la connaissance précise des paramètres du moteur. Une calibration en production de ces paramètres, ou la connaissance de leur évolution en fonction de la température et du courant n’est donc pas nécessaire. De plus, en fonctionnement, aucune mesure de température au sein du moteur électrique ou d’autres organes n’est nécessaire.
Le procédé selon l’invention présente par ailleurs une faible sensibilité aux perturbations relatives aux forts gradients de couple, de vitesse ou de tension (l’identification du dysfonctionnement est en effet effectuée en dehors des phases courantes de contrôle du moteur).
La mise en œuvre du procédé est relativement simple et requiert peu de ressources en calcul pour sa mise en œuvre au sein d’un calculateur.
Le coût d’implémentation et l’encombrement sur un circuit imprimé sont limités (seuls deux transistors et quelques résistances sont requis, dans un exemple de réalisation).
Le procédé n’est pas intrusif ce qui est un gage de sûreté de fonctionnement (aucune injection de courant n’est réalisée sur l’étage de puissance).
Le procédé d’identification de dysfonctionnement peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : - lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- l’étape de mesure de tension est réalisée en déterminant la moyenne d’une pluralité d’échantillons de mesure de tension réalisée pour chaque phase ;
- le procédé comporte un premier diagnostic séquentiel dans lequel :
- tous les interrupteurs de puissance sont commandés en mode ouvert dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état ouvert lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase est sensiblement égale à la tension d’alimentation de l’onduleur, un court-circuit est identifié sur l’interrupteur de puissance de côté haut de la phase correspondante ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase est sensiblement égale à zéro, un court-circuit est identifié sur l’interrupteur de puissance de côté bas de la phase correspondante ;
- le procédé comporte un deuxième diagnostic séquentiel dans lequel :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur, tous les interrupteur de puissance sont commandés en mode ouvert à l’exception des interrupteurs de puissance correspondant à une phase en cours de test et qui sont commandés en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état ouvert lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est une valeur sensiblement égale à la tension d’alimentation de l’onduleur multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et la valeur résultante attendue pour les autres phases est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée ;
- selon une première partie du deuxième diagnostic séquentiel :
- lors de l’étape de configuration initiale de l’onduleur, le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic est très inférieur à 50 % ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase qui est en cours de test est sensiblement égale à la tension d’une autre phase qui n’est pas en cours de test, un court-circuit est identifié entre ces deux phases ;
- lorsque la mesure de tension de la phase qui est en cours de test est supérieure à la tension de diagnostic prédéterminée, un dysfonctionnement est identifié dans la commande de l’interrupteur de puissance de côté bas de la phase qui est en cours de test ;
- selon une deuxième partie du deuxième diagnostic séquentiel :
- lors de l’étape de configuration initiale de l’onduleur, le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic est très supérieur à 50 % ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension de la phase qui est en cours de test est inférieure à la tension de diagnostic prédéterminée, un dysfonctionnement est identifié dans la commande de l’interrupteur de puissance de côté haut de la phase qui est en cours de test ;
- le procédé comporte un troisième diagnostic séquentiel dans lequel :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur, tout les interrupteur de puissance sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de mesure de tension, la moyenne des tensions de toutes les phases est déterminée ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la moyenne des tensions de toute les phases est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la moyenne des tensions de toute les phases est inférieure à la tension de diagnostic prédéterminée, un court-circuit est identifié entre au moins une phase et la masse, ce court-circuit étant situé entre les interrupteurs de phase et le moteur ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la moyenne des tensions de toute les phases est supérieure à la tension de diagnostic prédéterminée, un court-circuit est identifié entre au moins une phase et la tension d’alimentation de l’onduleur, ce court-circuit étant situé entre les interrupteurs de phase et le moteur ;
- le procédé comporte une première variante d’un quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur, tous les interrupteurs de puissance sont commandés en mode ouvert à l’exception des interrupteurs de puissance correspondant à une phase en cours de test qui sont commandés en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est sensiblement égale à la valeur de la tension d’alimentation de l’onduleur multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et la valeur résultante attendue pour les autres phases est sensiblement égale à la tension de la phase en cours de test additionnée de la tension résultante de la force contre- électromotrice du moteur pour la phase concernée ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension de la phase en cours de test est sensiblement égale à la valeur de la tension d’alimentation de l’onduleur multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et lorsque les tensions des autres phases sont sensiblement égales à la tension de diagnostic prédéterminée additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, une coupure est identifiée sur la phase en cours de test, entre les interrupteurs de phase et le moteur ;
- le procédé comporte une deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur, tous les interrupteurs de puissance sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, l’addition des forces contre- électromotrices de toutes les phases étant égale à zéro ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension d’une première phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée et que la somme des forces contre-électromotrices des autres phases est égale à zéro, une coupure est identifiée sur cette première phase, entre les interrupteurs de phase et le moteur ;
- le procédé comporte une deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur, tout les interrupteur de puissance sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase ;
- lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur ;
- lors de l’étape de mesure, les mesures de tension sont réalisées selon un échantillonnage comportant un nombre de mesures prédéterminé ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, l’addition des forces contre- électromotrices de toutes les phases étant égale à zéro ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension d’une première phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée et que la somme des forces contre-électromotrices des autres phases est égale à zéro, une erreur est qualifiée pour cette première phase ;
- lorsque le nombre d’erreurs qualifiées dépasse un seuil d’identification, une coupure est identifiée sur cette première phase, entre les interrupteurs de phase et le moteur ;
- la première variante du quatrième diagnostic séquentiel est mise en œuvre pour une vitesse de rotation électrique inférieure à environ 200 rad/s et la deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel est mise en oeuvre pour une vitesse de rotation électrique supérieure à environ 200 rad/s.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig.1 ] La figure 1 représente schématiquement un ensemble onduleur- moteur adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l’invention ;
[Fig.2] La figure 2 est un diagramme illustrant le procédé selon l’invention ;
[Fig.3] La figure 3 illustre l’ensemble onduleur-moteur de la figure 1 plus en détails ;
[Fig.4] La figure 4 illustre le montage de polarisation de phases de l’ensemble onduleur-moteur des figures 1 et 3.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La figure 1 représente schématiquement un ensemble onduleur-moteur ainsi que les éléments permettant la mise en oeuvre du procédé d’identification de dysfonctionnement selon l’invention.
L’ensemble moteur-onduleur comprend un moteur électrique 1 alimenté par un onduleur 2 relié à une batterie 3. Dans le présent exemple, le moteur 1 est un moteur électrique triphasé permettant d’assister ou de piloter la direction d’un véhicule. Le moteur 1 comprend trois phases u, v, w reliant le moteur 1 à l’onduleur 2. Un ensemble d’interrupteurs de phase 7 sont prévus pour permettre la coupure de chacune des phases u, v, w.
L’onduleur 2 est constitué de transistors de puissance répartis selon trois branches correspondant aux trois phases u, v, w. L’onduleur 2 est piloté de manière classique pour ce type d’application grâce, par exemple, à un calculateur intégrant un microcontrôleur et les autres éléments électroniques adaptés à la commande du moteur électrique (le calculateur n’est pas représenté sur les figures). Ce calculateur est adapté à la mise en oeuvre de procédés de détection de dysfonctionnement ainsi que de procédés palliatifs lorsqu’un dysfonctionnement est détecté et identifié.
Les organes de commande d’un tel moteur électrique ainsi que les procédés de détection de dysfonctionnement et procédés palliatifs sont connus et ne seront pas décrits plus en détail ici.
La présente description vise un procédé d’identification de dysfonctionnement mis en oeuvre dès lors qu’un dysfonctionnement a été détecté. Pour mettre en oeuvre ce procédé d’identification, l’ensemble onduleur-moteur comporte un montage de polarisation de phase 4 qui est adapté à appliquer à chacune des phases u, v, w une tension prédéterminée. Ce montage de polarisation de phase est associé à un module de polarisation 5 qui est adapté à activer ou désactiver la polarisation des phases en agissant sur le montage de polarisation de phase 4.
L’ensemble onduleur-moteur comporte également un module de configuration 6 de l’onduleur 2. Ce module de configuration 6 permet de commander le fonctionnement de l’onduleur 1 selon un signal à modulation de largeur d’impulsion prédéterminé pour chaque phase u, v, w, ou permet au contraire de désactiver l’onduleur 1.
L’ensemble onduleur-moteur comporte de plus :
- un module de tension 8 permettant la mesure et l’acquisition des tensions de chacune des phases u, v, w ;
- un module de vitesse 10 adapté à mesurer la vitesse de rotation du moteur ;
- un module d’identification 9 permettant d’identifier l’organe de l’ensemble onduleur- moteur qui est responsable du dysfonctionnement à partir des éléments fournis par le module de tension 8 et le module de vitesse 10.
La figure 2 illustre schématiquement la succession des diagnostics séquentiels constituant le procédé d’identification de dysfonctionnement.
Le procédé d’identification de dysfonctionnement met en oeuvre séquentiellement une pluralité de diagnostics ayant tous la même structure générale.
Dans le présent exemple, chacun de ces diagnostics séquentiels comporte notamment les étapes suivantes :
- la configuration initiale de l’onduleur qui est réalisée par le module de configuration 6 ;
- la configuration initiale des interrupteurs de phase 7 ;
- l’activation de la polarisation des phases u, v, w qui est réalisée par le module de polarisation 5, selon une tension prédéterminée ;
- une étape de mesure et d’acquisition de tension pour chaque phase, réalisée par le module de tension 8 ;
- une étape de comparaison dans laquelle les mesures de tension des phases u, v, w sont comparées avec des valeurs résultantes attendues ;
- une étape d’identification d’un dysfonctionnement, c’est-à-dire l’identification de l’organe de l’ensemble onduleur-moteur qui est à l’origine du dysfonctionnement, par le module d’identification 9.
La figure 2 illustre le procédé d’identification comme l’enchaînement des différents diagnostics séquentiels, dont chacun présente la structure générale présentée ci-dessus, réalisés selon une séquence permettant de contrôler les organes de l’ensemble onduleur-moteur jusqu’à déterminer le ou les organes responsables du dysfonctionnement.
Lors d’une première étape E1, qui est antérieure au procédé d’identification, un dysfonctionnement est signalé suite à la mise en œuvre d’un procédé de détection de dysfonctionnement classique (non décrit). Le procédé d’identification de dysfonctionnement démarre à partir de cette étape E1 qui peut comporter, par exemple, l’activation d’un indicateur (« flag », en anglais) signalant la détection d’un dysfonctionnement qu’il est nécessaire d’identifier.
Dans le présent exemple, le procédé d’identification de dysfonctionnement comporte quatre diagnostics séquentiels illustrés par les étapes E2, E3, E4, ainsi que E5a et E5b. Ces quatre diagnostics séquentiels sont exécutés dans cet ordre et permettent respectivement :
- Étape E2 : l’identification d’un court-circuit de l’un des transistors de puissance de l’onduleur ;
- Étape E3 : l’identification d’un court-circuit entre deux phases u, v, w, ou l’identification d’un transistor de puissance toujours ouvert, ou l’identification d’une commande de transistor défaillante ;
- Étape E4 : l’identification d’un court-circuit entre une phase u, v, w du moteur et la masse ou entre une phase u, v, w et l’alimentation électrique DCLink ;
- Étapes E5a et E5b : l’identification d’une rupture de continuité électrique conduisant à l’ouverture permanente de l’une des phases u, v, w du moteur.
L’étape E6 correspond à l’activation d’un indicateur identifiant un dysfonctionnement pour permettre à un procédé palliatif classique (non décrit ici) de prendre le relais afin d’appliquer des mesures correctives ou de fonctionnement dégradé, à partir de l’identification du dysfonctionnement.
Chacun de ces diagnostics séquentiels va maintenant être décrit en référence à la figure 3 qui représente les principaux éléments d’un ensemble onduleur-moteur 1.
Sur cette figure 3, le moteur électrique 1 à trois phases comprend trois enroulements 11. L’ensemble d’interrupteurs de phase 7 est constitué de trois interrupteurs 7u, 7v, 7w adaptés chacun à ouvrir l’une des phases u, v, w.
L’onduleur 2 comporte trois branches correspondant aux trois phases u, v, w, chacune des branches comportant deux transistors de puissance, par exemple de type MOS (« Métal Oxyde Semiconductor », en anglais), reliés d’une part à la masse et d’autre part à l’alimentation DCLink. L’onduleur 2 comporte ainsi :
- trois transistors 12u, 12v, 12w de côté haut, c’est-à-dire reliés au potentiel d’alimentation (ici la tension batterie DCLink) ; et
- trois transistors 13u, 13v, 13w de côté bas, c’est-à-dire reliés à la masse.
Chacune des branches de l’onduleur 2 pilote l’une des phases u, v, w grâce à son transistor haut 12 et son transistor bas 13.
En référence à la figure 2, lors de la mise en oeuvre du procédé d’identification de dysfonctionnement, le premier diagnostic séquentiel E2 est tout d’abord réalisé pour identifier la présence d’un court-circuit sur l’un des transistors 12, 13.
Ce premier diagnostic démarre par une première étape de configuration initiale de l’onduleur qui consiste ici à désactiver la commande de l’étage de puissance, c’est-à-dire que tout les transistors 12, 13 sont positionnés à l’état passif (donc ouverts) durant ce premier diagnostic. Dans une deuxième étape de configuration initiale des interrupteurs de phase 7, ces interrupteurs de phase 7 sont tous ouverts afin de ne pas générer de perturbation dans le moteur 1 en cas de panne sur l’étage de puissance et afin de ne pas subir les effets de la force contre électromotrice induite par l’éventuelle vitesse du moteur électrique qui reste en rotation (le diagnostic peut être en effet réalisé en cours de rotation du moteur 1).
Lors d’une étape de polarisation des phases, le module de polarisation 5 commande le montage de polarisation 4 pour polariser toutes les phases u, v, w à une tension de diagnostic prédéterminée Vb. La tension de diagnostic Vb vaut, dans le présent exemple, 50 % de la tension d’alimentation DCLink de l’onduleur 2.
Lors d’une étape de mesure de tension, le microcontrôleur réalise une acquisition de la tension de chaque phase u, v, w grâce au module de tension 8.
Lors d’une étape de comparaison, la mesure de tension de chaque phase u, v, w est comparée à une valeur résultante attendue. Dans le présent exemple, la valeur résultante attendue est égale à la tension de diagnostic Vb. En effet, si aucun transistor 12, 13 n’est en court-circuit, alors les tensions mesurées pour chacune des phases u, v, w devront être égales à Vb (voir figure 3) puisqu’aucune connexion n’existe entre les phases u, v, w et la masse ou la tension d’alimentation DCLink.
A l’inverse, si la tension mesurée sur l’une des phases u, v, w est égale à la tension d’alimentation DCLink, cela signifie qu’un court-circuit est présent sur le transistor de côté haut 12 de la phase considérée. La phase est en effet directement reliée à la tension DCLink si un tel court circuit est présent. De même, si la tension mesurée sur l’une des phases u, v, w est égale à zéro, cela signifie qu’un court- circuit est présent sur le transistor de côté bas 13 de la phase considérée. La phase est en effet directement reliée à la masse si un tel court circuit est présent.
Par exemple, si le transistor 12u est en court-circuit, les tensions mesurées durant l’étape de mesure de tension pour les phases v et w seront égales à la tension de diagnostic Vb tandis que la tension mesurée sur la phase u sera égale à la tension d’alimentation DCLink. De même, si le transistor 13w est en court- circuit, les tensions mesurées durant l’étape de mesure de tension pour les phases u et v seront égales à la tension de diagnostic Vb tandis que la tension mesurée sur la phase w sera égale à zéro. En pratique, l’étape de mesure de tension est de préférence réalisée par une pluralités de mesures (par exemple 20) sur une durée prédéterminée et en déterminant la moyenne de ces mesures pour obtenir la valeur de tension recherchée. Plus le nombre de ces mesures est important, plus fiable est la mesure de tension.
De même, l’étape de comparaison est de préférence réalisée en déterminant :
- si la tension mesurée sur une phase est comprise dans un intervalle centré sur la tension de diagnostic Vb (qui ici est de 50 % de la valeur DCLink) et incluant une marge d’erreur en plus ou en moins par rapport à Vb. Cette tension est alors considérée comme égale à Vb (pas de court-circuit) ;
- si la tension mesurée sur une phase est très supérieure à la tension de diagnostic Vb (qui ici est de 50 % de la valeur DCLink), ou très supérieure à l’intervalle de tension Vb défini ci-dessus, cette tension mesurée est alors considérée comme égale à DCLink (court-circuit sur le transistor de côté haut 12) ; ou
- si la tension mesurée sur une phase est très inférieure à la tension de diagnostic Vb, ou très inférieure à l’intervalle de tension Vb défini ci-dessus, cette tension mesurée est alors considérée comme égale à zéro (court-circuit sur le transistor de côté bas 13).
Cette comparaison entre la tension mesurée sur les phases u, v, w et la tension de diagnostic Vb est réalisée pour chacune des phases u, v, w.
À l’issue de ce premier diagnostic, si un ou plusieurs transistors 12, 13 sont identifiés comme étant en court-circuit, le système active un indicateur (à l’étape E6 de la figure 2) indiquant que le dysfonctionnement est un court-circuit et identifiant le transistor concerné.
Suite à ce premier diagnostic séquentiel, si aucun transistor en court- circuit n’a été identifié, un deuxième diagnostic séquentiel a ensuite lieu (étape E3 de la figure 2). Ce deuxième diagnostic permet d’identifier les dysfonctionnements suivants : un court-circuit entre deux phases u, v, w ; un dysfonctionnement de l’électronique de commande d’un transistor 12, 13 ; et un transistor bloqué à l’état ouvert.
Ce deuxième diagnostic se décompose en deux parties exécutées séquentiellement. La première partie permet de diagnostiquer une anomalie de commande des transistors de côté bas 13 ou un court-circuit entre deux phases u, v, w. La seconde partie permet de diagnostiquer une anomalie de commande d’un transistor 12 de côté haut.
Pour ces deux parties, le premier diagnostic démarre par une première étape de configuration initiale de l’onduleur qui consiste ici à positionner les transistors 12, 13 à l’état passif (c’est-à-dire ouverts), à l’exception des transistor de l’une des branches de l’onduleur qui correspond à une phase u, v, w que l’on qualifie de phase en cours de test. Les trois phases u, v, w seront mises en test à tour de rôle grâce à trois itérations du procédé permettant chacune la mise en test d’une phase u, v, w. Par exemple, dans une première itération, la première phase testée est la phase u. Tandis que les transistors des deux autres phases v, w sont maintenus ouverts, les transistors correspondant à la phase u sont alors commandés selon une commande à modulation de largeur d’impulsion qui présente un rapport cyclique bas, c’est à dire très inférieur à 50 % (par exemple 10%), lors de la première partie du diagnostic, et qui présente un rapport cyclique haut, c’est à dire très supérieur à 50 % (par exemple 90%), pour la seconde partie du diagnostic.
Dans une deuxième étape de configuration initiale des interrupteurs de phase 7, ces interrupteurs de phase 7 sont tous ouverts.
Lors d’une étape de polarisation des phases, le module de polarisation 5 commande le montage de polarisation 4 pour polariser toutes les phases u, v, w à une tension de diagnostic prédéterminée Vb. La tension de diagnostic Vb vaut, dans le présent exemple, 50 % de la tension d’alimentation DCLink de l’onduleur 2.
Lors d’une étape de mesure de tension, le microcontrôleur réalise une acquisition de la tension de chaque phase u, v, w grâce au module de tension 8.
Lors d’une étape de comparaison, la mesure de tension de chaque phase u, v, w est comparée à une valeur résultante attendue. La valeur résultante attendue pour chaque phase est différente pour la première partie du diagnostic et pour la deuxième partie du diagnostic.
Pour la première partie de ce deuxième diagnostic :
- la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est égale à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique bas ;
- la valeur résultante attendue pour les deux autres phases est égale à la tension de diagnostic Vb.
Les défauts suivants peuvent être identifiés dans cette première partie de diagnostic lorsque les tensions mesurées sur les phases u, v, w ne correspondent pas aux valeurs résultantes attendues :
- un dysfonctionnement de la commande du transistor de coté bas correspondant à la phase en cours de test est identifié si la tension mesurée sur la phase en cours de test est supérieure à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique bas (éventuellement additionnée d’un seuil de sécurité) ;
- un court-circuit entre la phase en cours de test et l’une des deux autres phases est identifié si la tension mesurée sur l’une de ces deux autres phases est égale à la tension mesurée sur la phase en cours de test, c’est-à-dire égale à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique bas.
Par exemple, si la phase v est en cours de test :
- des valeurs de tension de Vb sur la phase u, de DCLink multiplié par le rapport cyclique bas sur la phase v, et de Vb sur la phase w correspondent aux valeurs résultantes attendues et aucun défaut n’est détecté ;
- des valeurs de tension de DCLink multiplié par le rapport cyclique bas sur la phase u, de DCLink multiplié par le rapport cyclique bas sur la phase v, et de Vb sur la phase w correspondent à l’identification d’un court circuit entre les phases u et v ;
- des valeurs de tension de Vb sur la phase u, de DCLink multiplié par le rapport cyclique bas sur la phase v, et de Vb sur la phase w correspondent à l’identification d’un dysfonctionnement de la commande du transistor 13v.
Trois itération de cette première partie du diagnostic permettent de faire passer chaque phase dans le rôle de phase en cours de test, et permettent ainsi identifier les dysfonctionnements ci-dessus pour toutes les phases u, v, w.
Pour la deuxième partie de ce deuxième diagnostic :
- la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est égale à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique haut ;
- la valeur résultante attendue pour les deux autres phases est égale à la tension de diagnostic Vb. Le défaut suivant peut être identifié dans cette deuxième partie de diagnostic lorsque les tensions mesurées sur les phases u, v, w ne correspondent pas aux valeurs résultantes attendues :
- un dysfonctionnement de la commande du transistor de coté haut correspondant à la phase en cours de test est identifié si la tension mesurée sur la phase en cours de test est inférieure à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique haut (éventuellement diminuée d’un seuil de sécurité).
Par exemple, si la phase v est en cours de test :
- des valeurs de tension de Vb sur la phase u, de DCLink multiplié par le rapport cyclique haut sur la phase v, et de Vb sur la phase w correspondent aux valeurs résultantes attendues et aucun défaut n’est détecté ;
- des valeurs de tension de Vb sur la phase u, de la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique haut sur la phase v, et de Vb sur la phase w correspondent à l’identification d’un dysfonctionnement de la commande du transistor 12v.
Trois itérations de cette deuxième partie du diagnostic permettent de faire passer chaque phase dans le rôle de phase en cours de test, et permettent ainsi d’identifier les dysfonctionnements de commande des transistors de côté haut pour toutes les phases u, v, w.
À l’issue de ce deuxième diagnostic, si la commande d’un ou plusieurs transistors 12, 13 est identifiée comme défaillante, ou si un court-circuit entre deux phases est identifié, le système active un indicateur (à l’étape E6 de la figure 2) indiquant quel est le dysfonctionnement et quel est l’éventuel transistor concerné.
Suite à ce deuxième diagnostic séquentiel, si aucun court-circuit de phase ou commande de transistor défaillante n’a été identifié, un troisième diagnostic séquentiel a ensuite lieu (étape E4 de la figure 2). Ce troisième diagnostic a pour but d’identifier :
- tout court-circuit entre une phase et la masse (ce court-circuit étant situé entre l’interrupteur de phase et le moteur) ; et
- tout court-circuit entre une phase et l’alimentation (ce court-circuit étant situé entre l’interrupteur de phase et le moteur).
Ce troisième diagnostic démarre par une première étape de configuration initiale de l’onduleur qui consiste ici à désactiver la commande de l’étage de puissance, c’est-à-dire que tout les transistors 12, 13 sont positionnés à l’état passif (donc ouverts) durant ce troisième diagnostic.
Dans une deuxième étape de configuration initiale des interrupteurs de phase 7, ces interrupteurs de phase 7 sont tous positionnés et maintenus à l'état fermé afin de pouvoir diagnostiquer les phases u, v, w entre les interrupteurs de phase et le moteur.
Lors d’une étape de polarisation des phases, le module de polarisation 5 commande le montage de polarisation 4 pour polariser toutes les phases u, v, w à une tension de diagnostic prédéterminée Vb. La tension de diagnostic Vb vaut, dans le présent exemple, 50 % de la tension d’alimentation DCLink de l’onduleur 2.
Lors d’une étape de mesure de tension, le microcontrôleur réalise une acquisition de la tension de chaque phase u, v, w grâce au module de tension 8. Lors de cette étape, une moyenne des trois tensions de phases est de plus calculée. Les trois tensions mesurées sont additionnées et le résultat est divisé par trois, ce qui permet d’obtenir une valeur de tension résultante des forces contre- électromotrices, et donc indépendante de la variation des forces contre- électromotrices induites par la rotation du moteur.
Lors d’une étape de comparaison, la moyenne des trois tensions de phases est comparée à une valeur résultante attendue. Dans le présent exemple, la valeur résultante attendue est égale à la tension de diagnostic Vb.
A l’inverse, si la moyenne des trois tensions de phase est inférieure à la tension Vb (éventuellement diminuée d’un seuil de sécurité), ou si la moyenne des trois tensions de phase est inférieure à 0V additionné d’un seuil prédéterminé, cela signifie qu’un court-circuit est présent entre au moins une phase et la masse. De même, si la moyenne des trois tensions de phase est supérieure à la tension Vb (éventuellement augmentée d’un seuil de sécurité), ou si la moyenne des trois tensions de phase est supérieure à DCLink diminuée d’un seuil prédéterminé, cela signifie qu’un court-circuit est présent entre au moins une phase et la tension d’alimentation DCLink.
À l’issue de ce troisième diagnostic, si une ou plusieurs phases, du coté du moteur, sont identifiées comme étant en court-circuit avec la masse ou la tension d’alimentation, le système active un indicateur (à l’étape E6 de la figure 2) indiquant que le dysfonctionnement est un court-circuit au niveau des phases du moteur.
Suite à ce troisième diagnostic séquentiel, si aucun court-circuit n’a été identifié sur les phases moteur, un quatrième diagnostic séquentiel a ensuite lieu (étape E5a et E5b de la figure 2). Ce quatrième diagnostic permet d’identifier un dysfonctionnement relatif à une ou plusieurs phases moteur ouvertes, c’est-à-dire la rupture d’un conducteur électrique entre un interrupteur de phase et l’enroulement du moteur correspondant. Ce quatrième diagnostic se décompose en deux variantes selon la vitesse de rotation électrique. La vitesse de rotation électrique correspond à la vitesse de rotation du moteur multipliée par un facteur relatif au nombre de paires de pôles du moteur. Par exemple, pour un moteur à quatre paires de pôles, le ratio de la vitesse de rotation électrique sur la vitesse de rotation du moteur est de 4. La première variante est mise en oeuvre dans le cas d’une vitesse de rotation électrique, par exemple inférieures à 210 rad/s, et la deuxième variante est mise en oeuvre dans le cas d’une vitesse de rotation électrique élevée, par exemple supérieure à 210 rad/s. En variante, le seuil de vitesse pour la sélection de la première variante ou la deuxième variante peut être adapté dynamiquement en fonction notamment de la tension d’alimentation disponible.
Dans sa première variante (vitesse moteur lente), le quatrième diagnostic démarre par une première étape de configuration initiale de l’onduleur qui consiste ici à positionner les transistors 12, 13 à l’état passif (c’est-à-dire ouverts), à l’exception des transistor de l’une des branches de l’onduleur qui correspond à une phase u, v, w que l’on qualifie de phase en cours de test. Les trois phases u, v, w seront mises en test à tour de rôle grâce à trois itérations du procédé permettant chacune la mise en test d’une phase u, v, w. Par exemple, dans une première itération, la première phase testée est la phase u. Tandis que les transistors des deux autres phases v, w sont maintenus ouverts, les transistors correspondant à la phase u sont alors commandés selon une commande à modulation de largeur d’impulsion qui est choisie de préférence éloignée de 50 %, c’est à dire présentant soit une valeur élevée (par exemple 80%) soit une valeur faible (par exemple 20%). Dans une deuxième étape de configuration initiale des interrupteurs de phase 7, ces interrupteurs de phase 7 sont tous positionnés et maintenus à l'état fermé.
Lors d’une étape de polarisation des phases, le module de polarisation 5 commande le montage de polarisation 4 pour polariser toutes les phases u, v, w à une tension de diagnostic prédéterminée Vb. La tension de diagnostic Vb vaut, dans le présent exemple, 50 % de la tension d’alimentation DCLink de l’onduleur 2.
Lors d’une étape de mesure de tension, le microcontrôleur réalise une acquisition de la tension de chaque phase u, v, w grâce au module de tension 8.
Lors d’une étape de comparaison, la mesure de tension de chaque phase u, v, w est comparée à une valeur résultante attendue. La valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est égale à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique. La valeur résultante attendue pour les deux autres phases est égale à la tension précédente (tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique) additionnée de la force contre-électromotrice de la phase considérée.
À l’inverse, si la phase en cours de test est coupée au niveau du moteur, la tension mesurée sur la phase en cours de test est égale à la tension d’alimentation DCLink multipliée par le rapport cyclique tandis que la tension mesurées sur les deux autres phases est égale à la tension de diagnostic Vb additionnée de la force contre-électromotrice de la phase considérée.
Par exemple, si la phase u est en cours de test :
- des valeurs de tension de : DCLink multiplié par le rapport cyclique sur la phase u ; de DCLink multiplié par le rapport cyclique et additionné de la force contre- électromotrice de la phase v sur la phase v ; et de DCLink multiplié par le rapport cyclique et additionné de la force contre-électromotrice de la phase w sur la phase w ; correspondent aux valeurs résultantes attendues et aucun défaut n’est détecté ;
- des valeurs de tension de : DCLink multiplié par le rapport cyclique sur la phase u ; de Vb additionné de la force contre-électromotrice de la phase v sur la phase v ; et de Vb additionné de la force contre-électromotrice de la phase w sur la phase w ; correspondent à l’identification d’un dysfonctionnement relatif à la rupture d’un conducteur de la phase u du côté moteur. La force contre-électromotrice de chaque phase peut être obtenue par exemple par calcul. L’amplitude de la tension de force contre-électromotrice induite par la vitesse de rotation du moteur est en effet égale à la vitesse du moteur multipliée par le flux du moteur multiplié par la racine carrée de 3. La vitesse du moteur est mesurée par le module de vitesse. Alternativement, la force contre- électromotrice de chaque phase peut être estimée par une valeur de seuil car cette première variante est appliquée à des vitesses de rotation faibles.
Trois itérations de cette première variante du diagnostic (vitesse de moteur lente) permettent de faire passer chaque phase dans le rôle de phase en cours de test, et permettent ainsi d’identifier le dysfonctionnement ci-dessus pour toutes les phases u, v, w.
À l’issue de cette première variante du quatrième diagnostic, si une ou plusieurs phases, du coté du moteur, sont identifiées comme étant coupée, le système active un indicateur (à l’étape E6 de la figure 2) indiquant que le dysfonctionnement est une coupure au niveau des phases du moteur et indiquant la phase concernée.
Dans sa deuxième variante (vitesse moteur rapide), le quatrième diagnostic démarre par une première étape de configuration initiale de l’onduleur qui consiste ici à désactiver la commande de l’étage de puissance, c’est-à-dire que tout les transistors 12, 13 sont positionnés à l’état passif (donc ouverts) durant cette deuxième variante du quatrième diagnostic.
Dans une deuxième étape de configuration initiale des interrupteurs de phase 7, ces interrupteurs de phase 7 sont tous positionnés et maintenus à l'état fermé. Lors d’une étape de polarisation des phases, le module de polarisation 5 commande le montage de polarisation 4 pour polariser toutes les phases u, v, w à une tension de diagnostic prédéterminée Vb. La tension de diagnostic Vb vaut, dans le présent exemple, 50 % de la tension d’alimentation DCLink de l’onduleur 2.
Lors d’une étape de mesure de tension, le microcontrôleur réalise une acquisition de la tension de chaque phase u, v, w grâce au module de tension 8. Dans cet exemple, un échantillonnage de N valeurs de tension (par exemple 20) a lieu simultanément sur chaque phase. Un échantillon « Phase u(n) » désigne ainsi une mesure de tension effectuée sur la phase u au moment n, l’échantillon « Phase v(n) » désigne la mesure de tension effectuée sur la phase v au même moment n, et l’échantillon « Phase w(n) » désigne la mesure de tension effectuée sur la phase w au même moment n. Si par exemple un échantillonnage de deux mesures de tension est faite sur les phases u, v, w (N=2), deux groupes de trois mesures de tension seront disponibles :
- trois mesures réalisées simultanément (n=1 ) : Phase u(1 ), Phase v(1 ), Phase w(1 ) ;
- trois mesures réalisées simultanément (n=2) : Phase u(2), Phase v(2), Phase w(2).
Lors d’une étape de mesure de la vitesse de rotation du moteur, un échantillonnage de N valeurs de vitesse a lieu simultanément aux mesures de tension de l’étape précédente. Chaque échantillon de mesure de vitesse, noté MotSpdEI(n) correspond donc à une mesure de vitesse du moteur prise simultanément aux échantillons de tension Phase u(n), Phase v(n), et Phase w(n).
Lors d’une étape de comparaison, la mesure de tension de chaque phase u, v, w est comparée à une valeur résultante attendue. Cette étape de comparaison met en oeuvre une comparaison entre une tension représentative Vdiag déterminée pour chaque phase u, v, w et une tension de seuil Vseuil déterminées comme indiqué ci-dessous. Le principe est que les valeurs résultantes attendues sont de :
- pour la phase u : Vb + force contre-électromotrice de la phase u ;
- pour la phase v : Vb + force contre-électromotrice de la phase v ;
- pour la phase w : Vb + force contre-électromotrice de la phase w ;
- la somme de la force contre-électromotrice de la phase u, de la force contre- électromotrice de la phase v, et de la force contre-électromotrice de la phase w, est nulle.
Ainsi, si selon l’exemple ci-dessus la phase v est en cours de test et si cette phase est coupée au niveau du moteur, alors la valeur de tension mesurée sur cette phase v sera sensiblement égale à la tension de diagnostic Vb et la somme de la force contre-électromotrice de la phase u et de la force contre-électromotrice de la phase w sera nulle.
En pratique, de préférence, la tension représentative Vdiag pour une phase u, v, w est calculée pour chaque échantillon n de tension mesurée. La tension représentative Vdiag pour l’une des phases (appelées phase en cours de test) et pour un échantillon de mesure de tension « n » est égale à la valeur absolue de la moyenne des tensions n de l’ensemble des phases u, v, w diminuée de la moyenne des tensions n des deux phases qui ne sont pas en cours de test. Le calcul de cette tension représentative Vdiag s’écrit :
Figure imgf000025_0001
Cette valeur VdiagPhX(n) est donc calculée pour chaque phase u, v, w selon trois itérations où les phases u, v, w sont séquentiellement désignées comme phase en cours de test.
Par ailleurs, une tension de seuil est calculée pour chaque échantillon « n » de mesure de vitesse du moteur, selon la formule :
Figure imgf000025_0002
Dans la précédente formule :
- VseuilMin est un seuil de sécurité fixé, dans le présent exemple à 0,3V ;
- SpdRatio est un ratio appliqué à la vitesse du moteur pour augmenter la tension de seuil. Dans le présent exemple, SpdRatio est fixé à 0,0015 V/(rad/s) ;
- MotSpdEI(n) est la mesure de la vitesse du moteur pour l’échantillon n ; - MotSpdElmin est la vitesse minimale pour laquelle cette deuxième variante du quatrième diagnostic peut être utilisée. Cette valeur est ici de 210 rad/s.
L’étape de comparaison est réalisée en comparant, pour chaque phase u, v, w, la valeur VdiagPhX(n) et la valeur correspondante Vseuil(n). Lorsque VdiagPhX(n) est inférieur à Vseuil(n), une erreur est qualifiée pour l’échantillon n, et pour la phase u, v, w concernée. Lorsque, pour une phase u, v, w donnée, plus de 80 % des échantillons n mènent à une erreur qualifiée, la défaillance est identifiée, c’est à dire qu’une rupture de continuité de la phase moteur de la phase concernée. Ce taux de 80 % correspond à un seuil d’identification qui peut être ajusté. À l’issue de cette deuxième variante du quatrième diagnostic, si une phase u, v, w est identifiée comme coupée au niveau du moteur, le système active un indicateur (à l’étape E6 de la figure 2) en activant un signal indiquant quel est la phase coupée. La figure 4 illustre un exemple de module de polarisation 5 adapté à produire une tension de diagnostic Vb qui est égale à 50 % de la tension d’alimentation DCLink pour chacune des phases u, v, w. Cette valeur centrale permet de s’écarter au maximum aussi bien du potentiel nul de la masse que du potentiel de l’alimentation, afin de pouvoir effectuer des diagnostics à haute vitesse malgré les tensions de force contre-électromotrice induite par la vitesse du moteur.
Ce montage diviseur de tension comporte une entrée de signal logique 14 reliée au microcontrôleur qui active ou désactive la polarisation des phases. L’entrée de signal logique 14 pilote un transistor MOS 15 placé entre la tension d’alimentation DCLink et la masse, par l’intermédiaire d’un transistor bipolaire 17. Lorsque le transistor MOS 15 est commandé (en vue de polariser les phases lors des étapes de polarisation de phases), les phases moteur sont connectées à la tension d’alimentation DCLink par des résistances 18 dites « pull-up », en anglais. Lorsque le transistor MOS 15 n’est pas commandé, les phases u, v, w sont connectées à la masse via la résistance 19 dite de « pull-down », en anglais. De fortes valeurs de résistances sont utilisées pour les résistances 18, 19 pour que le montage ne vienne pas perturber le pilotage des phases moteur par l’étage de puissance, lorsque ce dernier est actif.
Tout autre montage électronique permettant d’appliquer la tension de diagnostic Vb aux phases u, v, w peut être alternativement utilisé comme module de polarisation 5.
D’autres variantes de réalisation du procédé d’identification de dysfonctionnement peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, seule une partie des diagnostics séquentiels décrits peut être réalisée pour constituer un procédé d’identification de dysfonctionnement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’identification de dysfonctionnement d’un ensemble onduleur- moteur multiphases comportant un moteur électrique (1) et un onduleur (2) présentant des interrupteurs de puissance (12, 13) répartis en branches, chaque phase du moteur électrique (1) étant reliée à une branche de l’onduleur (2) par un interrupteur de phase (7), ce procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de diagnostics séquentiels qui comportent chacun les étapes suivantes :
- une étape de configuration initiale de l’onduleur (2) dans laquelle un choix de commande est réalisé pour chaque branche de l’onduleur, ce choix étant réalisé parmi le groupe constitué de : la commande fixe en mode ouvert des interrupteurs de puissance (12, 13) ; la commande en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic des interrupteurs de puissance (12, 13) ;
- une étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) dans laquelle un choix d’état est réalisé pour chaque interrupteur de phase (7), ce choix étant réalisé entre un état fermé et un état ouvert ;
- une étape de polarisation des phases (u, v, w) dans laquelle une tension de diagnostic prédéterminée (Vb) est appliquée à chacune des branches de l’onduleur (2) ;
- une étape de mesure de tension dans laquelle la tension de chaque phase (u, v, w) est mesurée ;
- une étape de comparaison dans laquelle la mesure de tension de chaque phase (u, v, w) est comparée à une valeur résultante attendue.
- une étape d’identification de dysfonctionnement lorsque la mesure de tension d’une phase diffère de la valeur résultante attendue, et ledit procédé comprenant en outre : un premier diagnostic séquentiel dans lequel :
- tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2) ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état ouvert lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase est sensiblement égale à la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2), un court-circuit est identifié sur l’interrupteur de puissance (12) de côté haut de la phase correspondante, un deuxième diagnostic séquentiel dans lequel :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert à l’exception des interrupteurs de puissance correspondant à une phase en cours de test et qui sont commandés en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état ouvert lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est une valeur sensiblement égale à la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et la valeur résultante attendue pour les autres phases est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb), un troisième diagnostic séquentiel dans lequel :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) ;
- lors de l’étape de mesure de tension, la moyenne des tensions de toutes les phases (u, v, w) est déterminée ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la moyenne des tensions de toute les phases est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la moyenne des tensions de toute les phases est inférieure à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb), un court-circuit est identifié entre au moins une phase et la masse, ce court-circuit étant situé entre les interrupteurs de phase (7) et le moteur (1 ).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, lors de l’étape de polarisation des phases, la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur (2).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de mesure de tension est réalisée en déterminant la moyenne d’une pluralité d’échantillons de mesure de tension réalisée pour chaque phase (u, v, w).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase est sensiblement égale à zéro, un court-circuit est identifié sur l’interrupteur de puissance (13) de côté bas de la phase correspondante.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, selon une première partie du deuxième diagnostic séquentiel :
- lors de l’étape de configuration initiale de l’onduleur, le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic est très inférieur à 50 % ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension d’une phase qui n’est pas en cours de test est sensiblement égale à la tension d’une autre phase qui n’est pas en cours de test, un court-circuit est identifié entre ces deux phases.
6. Procédé l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la mesure de tension de la phase qui est en cours de test est supérieure à la tension d’alimentation (DCLink) multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, un dysfonctionnement est identifié dans la commande de l’interrupteur de puissance de côté bas (13) de la phase qui est en cours de test.
7. Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, selon une deuxième partie du deuxième diagnostic séquentiel :
- lors de l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic est très supérieur à 50 % ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la mesure de tension de la phase qui est en cours de test est inférieure à la tension d’alimentation (DCLink) multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, un dysfonctionnement est identifié dans la commande de l’interrupteur de puissance de côté haut (12) de la phase qui est en cours de test.
8. Procédé l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la moyenne des tensions de toute les phases (u, v, w) est supérieure à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb), un court-circuit est identifié entre au moins une phase et la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2), ce court-circuit étant situé entre les interrupteurs de phase (7) et le moteur (1).
9. Procédé l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une première variante d’un quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert à l’exception des interrupteurs de puissance correspondant à une phase en cours de test qui sont commandés en modulation de largeur d’impulsion selon un rapport cyclique prédéterminé de diagnostic ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation de l’onduleur (2) ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour la phase en cours de test est sensiblement égale à la valeur de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et la valeur résultante attendue pour les autres phases est sensiblement égale à la tension de la phase en cours de test additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée ; - lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension de la phase en cours de test est sensiblement égale à la valeur de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) multipliée par le rapport cyclique prédéterminé de diagnostic, et lorsque les tensions des autres phases sont sensiblement égales à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, une coupure est identifiée sur la phase en cours de test, entre les interrupteurs de phase (7) et le moteur (1).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, l’addition des forces contre-électromotrices de toutes les phases étant égale à zéro ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension d’une première phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) et que la somme des forces contre-électromotrices des autres phases est égale à zéro, une coupure est identifiée sur cette première phase, entre les interrupteurs de phase (7) et le moteur (1).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel dans laquelle :
- dans l’étape de configuration initiale de l’onduleur (2), tous les interrupteurs de puissance (12, 13) sont commandés en mode ouvert ;
- tous les interrupteurs de phase (7) sont positionnés à l’état fermé lors de l’étape de configuration initiale des interrupteurs de phase (7) ;
- lors de l’étape de polarisation des phases (u, v, w), la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) est sensiblement de 50 % de la tension d’alimentation (DCLink) de l’onduleur (2) ; - lors de l’étape de mesure, les mesures de tension sont réalisées selon un échantillonnage comportant un nombre de mesures prédéterminé ;
- lors de l’étape de comparaison, la valeur résultante attendue pour chaque phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) additionnée de la force contre-électromotrice de la phase concernée, l’addition des forces contre-électromotrices de toutes les phases étant égale à zéro ;
- lors de l’étape d’identification de dysfonctionnement, lorsque la tension d’une première phase est sensiblement égale à la tension de diagnostic prédéterminée (Vb) et que la somme des forces contre-électromotrices des autres phases est égale à zéro, une erreur est qualifiée pour cette première phase ;
- lorsque le nombre d’erreurs qualifiées dépasse un seuil d’identification, une coupure est identifiée sur cette première phase, entre les interrupteurs de phase (7) et le moteur (1).
12. Procédé selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la première variante du quatrième diagnostic séquentiel est mise en oeuvre pour une vitesse de rotation électrique inférieure à environ 200 rad/s et la deuxième variante du quatrième diagnostic séquentiel est mise en oeuvre pour une vitesse de rotation électrique supérieure à environ 200 rad/s.
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