Compensation active des pulsations de couple dans un véhicule hybride

21/10/2017
Publication REE REE 2005-1
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-1:20580
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Compensation active des pulsations de couple dans un véhicule hybride

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R Repêres LES VÉHICULES PROPRES Compensation active des pulsations de couple dans un véhicule hybride Par Slim TNANI, Patrick COIRAULT, Gérard CHAMPENOIS Laboratoire d'automatique et d'informatique industrielle, Ecole supérieure d'ingénieurs, Poitiers Mots clés Filtreactif, Contrôle dynamique, Pulsations decouple, Véhicule hybride 1. Introduction Le moteur thermique est l'une des principales sources de vibration dans les véhicules. Depuis toujours, l'un des soucis des motoristes est d'atténuer cette nuisance vibra- toire et sonore. Pour cela ils agissent soit à la source en atténuant les pulsations de couple générées par le moteur thermique, soit en améliorant l'isolation vibratoire des supports moteurs. Jusqu'à présent, des solutions passives sont mises en oeuvre. Pour l'atténuation à la source, ces solutions sont basées sur des principes d'équilibrage du vilebrequin par des masselottes et par l'ajout d'un volant d'inertie sur l'arbre de transmission. Pour l'isolation vibratoire, les solutions consistent à optimiser les plots en caoutchouc supportant le moteur ; ils doivent être à la fois raides pour maintenir le moteur, et souples pour l'isoler. Depuis 10 ans, de nombreuses recherches portent sur les solutions actives. Ainsi, l'isolation vibratoire active consiste à utiliser une nouvelle génération de supports- moteur capables de générer des forces anti-vibratoires s'opposant aux vibrations. Cependant, la mise en oeuvre de cette technologie implique des coûts excessifs pour les véhicules à cause de l'ajout d'un actionneur électro- hydraulique intégré dans le support-moteur et d'une électronique de commande. Une autre solution consiste à agir au niveau de la source, en compensant en partie les pulsations du couple moteur. Cette approche nécessite de coupler une seconde source au moteur thermique, tel qu'un moteur électrique. Cependant, cette technique n'est pas économiquement viaible. Dans le cas d'un véhicule hybride, on dispose de facto d'un actionneur et de son électronique de commande permettant la compensation active des pulsations du couple. Le contrôle actif consis- te alors à contrôler avec précision le moteur électrique pour générer des anti-pulsations de couple en opposition de phase avec les pulsations de couple du moteur thermique (5) (1) (2). L'originalité de cette approche est de proposer une solution logicielle pour agir à la source du problème vibratoire, c'est-à-dire sans ajout de matériel et donc sans augmentation de coût de production. La pulsation du couple est une perturbation périodique parfaitement synchrone avec la rotation du vilebre-quin. Ainsi, le contrôle actif doit atténuer tous les ordres de la pulsation, mais surtout les forces d'inertie du deuxième ordre afin de remplacer la fonction du volant d'inertie. L'organisation de cet article est la suivante. La première partie présente la mise en équation du système. Le modèle d'état est exprimé dans le référentiel de Park synchrone avec l'angle de rotation du moteur. Le modèle résultant dépend alors de la vitesse de rotation, qui est une grandeur variable dans le temps. Son contrôle, déve- loppé dans la deuxième partie, fait appel à des techniques de commande avancées, développées pour les systèmes à L'ESSENTIEL Ce papier présente une technique de compensation active des pulsations de couple dans les véhicules hybrides, qui exploite avec originalité laprésence du moteur électrique comme secon- de source. Le résultat escompté est d'atténuer une nuisance vibratoiredirectement à la sourcedu problème. Lacommandedu moteur électriqueest calculée par un retour d'état fonction de la vitesse de rotation. YNOPSIS ln the paper, the authors propose a novel control strategy of torque ripple on hybrid vehicle. The combustion engine ripple's are reduced by usingan active filter and an AC machinewhich is mounted on the crankshaftto generateon inversetorque sequen- ce. The control strategy is basedon a mu) ti-object ! ves state feed- back synthesis. A complete modellingof the hybrid propulsionof the vehicle is achieved.Simulationresults highlight theinterest of the control scheme. REE Wl Janvier 2005 Repères LES VÉHICULES PROPRES !,lrtelrint· s? trc.lrreme xirtrrtrts mrtrr :uttnts A airtiaiîts I) erniuieitts ht'ur 1.1... . 1. 1 - T -e i T 4 du filtre, lictif Figure 1. Priiicipe de la compensation active de couple. paramètres variant dans le temps (3) (4). La dernière partie présente des résultats de simulation. 2. Modèle mathématique 2.1. Principe 2.2. Modélisation dans le référentiel de Park Le modèle de la machine synchrone s'exprime natu- rellement dans le référentiel de Park. Pour pouvoir conserver ce formalisme, le modèle d'état de l'ensemble filtre LC+machine synchrone doit être transposé dans le repère tournant. Il faut alors exprimer les relations élec- triques décrivant les comportements des capacités et des inductances dans ce référentiel. Le principe de la compensation active de couple est représenté sur la figure 1. Une machine synchrone à aimants permanents est couplée au moteur thermique par l'intermédiaire de l'arbre de transmission. La machine synchrone est dimensionnée pour assurer à la fois une partie de la propulsion du véhicule (hybride parallèle) et l'atténuation des pulsations de couple. Elle est alimentée par un convertisseur. Un filtre passif de type LC est intercalé entre la machine et le convertisseur. Son rôle est d'éliminer les harmoniques hautes fréquences de la modulation de largeur d'impulsion. Ce filtre n'est pas amorti, et tend à déstabiliser le système en boucle ouverte. Une des fonctions de la commande sera d'inhiber la mise en résonance de l'ensemble onduleur+filtre+machine synchrone. VI, -.... liob,% " "'.... il. L J-V-\r\ L " .oe 'L& 0- Y4, c g Figure 2. Schéma électrique dbi filtre actf avec la machine. Nous supposerons que vno