Étude et conception d'un groupe motopropulseur électrique à faibles niveau vibratoire et sonore pour véhicule électrique. Aspects "contrôle - commande"

Study and design of an electric powertrain with low vibration and noise levels for electric vehicles. "Control – command" aspects

• Auteur / Autrice : Mohammad-Waseem Arab
• Direction : Claude Marchand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Marchand, François Auger, Sébastien Mariethoz, Maurice Fadel, Carlos Javier Villagomez Ojeda, Mickaël Hilairet, Imen Bahri, Hala Hannoun, Javier Ojeda
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Auger, Sébastien Mariethoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Transmissions

Commande numérique

Machines à réluctance

Propulsion électrique

Mots clés libres

Traction électrique

Véhicule électrique

Groupe motopropulseur

Machine à réluctance variable

Modélisation numérique

Commande en couple

Asservissement en courant

Régulateur hybride

Régulateur RST

Chaîne de transmission

Commande anti-à-coups

Electric traction

Electric vehicles

Powertrain

Switched reluctance motor

Numerical modeling

Torque regulation

Current regulation

Hybrid regulator

RST regulator

Transmission

Anti-jerk control

Résumé

Dans un contexte mondial régi par de multiples facteurs économiques, énergétiques et environnementaux, la transition vers des modes de transport à zéro émission polluante semble inévitable. De ce fait, les constructeurs automobiles s’investissent de plus en plus dans le développement de groupes motopropulseurs électriques afin d’anticiper les besoins du marché. Parmi les différentes technologies de machines électriques considérées pour cette application, la Machine à Réluctance Variable à Double Saillance (MRVDS) présente des caractéristiques très attractives pour le milieu industriel.Les travaux présentés dans cette thèse visent à élaborer des solutions qui répondent aux points qui bloquent encore l’adoption de la MRVDS dans les véhicules électriques. Dans un premier temps, la commande en couple d’une MRVDS destinée à la traction électrique est analysée. En prenant en considération les exigences imposées par l’application envisagée, une stratégie de commande en couple est développée en intégrant deux méthodes complémentaires sur le plan de fonctionnement de la MRVDS choisie.Dans la deuxième partie, l’asservissement en courant est abordé. Les problématiques du contrôle propres à la MRVDS à forte dynamique de courant sont d’abord identifiées. Ensuite, deux régulateurs de courant, qui répondent à différents conditions d’implantation, sont présentés et validés par simulation.La dernière partie de cette thèse aborde le problème des à-coups d’accélération induits à basse vitesse et de leurs répercussions sur l'agrément de conduite. En effet, ce type de motorisation électrique introduit un nouvel aspect sur cette problématique. Une loi de commande anti-à-coups, composée de deux actions, est développée. Les simulations ont montré la conformité de la performance obtenue en utilisant la loi de commande proposée avec le cahier des charges industriel visé.

In a global context governed by multiple economic, energetic and environmental factors, the transition towards transportation modes with zero polluting emissions seems inevitable. Hence, automotive manufacturers are investing increasingly in the development of electric powertrains in anticipation of the market needs. Among the different electric motors technologies considered for this application, the switched reluctance motor (SRM) presents attractive characteristics for the industry.The work presented in this thesis aims to elaborate solutions in response to the points still hindering the adoption of the SRM in electric vehicles. First, torque regulation of an SRM intended for an electric traction is analyzed. Taking into consideration the requirements of the application in hand, a regulation strategy is developed through the integration of two methods which complement each other over the studied SRM range of operation.In the second part, the subject of current regulation in the SRM is discussed. The issues related to current regulation in SRMs disposing of high current dynamics are firstly identified. Then, two current regulators, each adapted to different implementation conditions, are presented and validated through simulations.The last part of this thesis discusses the acceleration jerks induced at very low speeds and their repercussions on driving comfort . Indeed, electric traction introduces a new aspect on this rather classic issue. An anti-jerk control law, composed of two control actions, is developed. Simulations have shown the conformity of the performance obtained with the proposed control law with the target industrial specifications.