La présente invention se rapporte de manière générale à la commande des machines électriques dans les véhicules de type motocycles, par exemple à deux- roues ou trois-roues, et plus particulièrement à la gestion de la production d'énergie électrique et d'un couple de freinage associé, dans une telle machine électrique.

Elle trouve des applications, en particulier, dans les véhicules qui intègrent une machine électrique commandée assurant les fonctions de démarrage/redémarrage du moteur thermique du véhicule et de génération d'énergie électrique.

Par « motocycle », on entend généralement un véhicule motorisé à deux- roues (« two-wheeler » en langue anglo-saxonne), c'est-à-dire un véhicule automoteur doté d'un siège ou d'une selle pour le conducteur, qui est conçu pour rouler sur au moins deux roues en contact avec le sol, et que l'on manœuvre à l'aide d'un guidon. Il s'agit typiquement de motocyclettes, mobylettes, scooters, etc. Certains modèles (appelés « three-wheeler » en langue anglo-saxonne) comportent trois roues. La (ou les) roue(s) motrice(s) est(sont) généralement la (ou les) roue(s) arrière(s), la (ou les) roue(s) avant(s) étant couplée(s) au guidon afin de diriger le véhicule. D'autres modèles comme les motocycles tout-terrain, souvent plus lourds et plus puissants, qui comportent quatre roues et qui sont alors communément appelés « quadricycles » ou « quads », peuvent aussi bénéficier des avantages de l'invention.

Dans certains véhicules motorisés du type précité, comme des motocycles de petite cylindrée (typiquement inférieure à 150 cm ³ ) dont le moteur comporte généralement un unique cylindre, on trouve par exemple un alterno-démarreur ou ISG (acronyme de « Integrated Starter Generator » en langue anglo-saxonne). Cette machine électrique peut comprendre un rotor à aimants permanents, avec par exemple quatre, six ou huit paires de pôles, et un stator bobiné avec généralement trois phases communément désignées par les lettres U, V et W. L'axe du rotor de l'ISG est couplé au vilebrequin du moteur thermique du véhicule, pour assurer le transfert d'énergie mécanique dans les deux sens : du rotor de l'ISG vers le vilebrequin du moteur en mode démarreur, et réciproquement du vilebrequin du moteur vers l'axe du rotor en mode générateur de courant électrique. Généralement, l'axe du rotor de l'ISG est rigidement couplé au vilebrequin du moteur soit directement, soit, par exemple, par un engrenage.

On notera que l'invention ne se limite pas aux motocycles qui sont équipés d'un alterno-démarreur, mais peut aussi s'appliquer aux motocycles qui sont équipés d'un alternateur standard, i.e., qui n'a que pour unique fonction la génération de courant. Dans ce cas, l'axe du rotor est couplé au vilebrequin du moteur soit rigidement (par un engrenage par exemple) soit par l'intermédiaire d'une courroie.

Dans le mode générateur de courant de l'ISG, la production d'énergie électrique découle directement de l'absorption d'énergie mécanique par la machine électrique, avec un certain rendement qui dépend des caractéristiques opérationnelles déterminées par des paramètres de commande de la machine. Autrement dit, la machine électrique peut générer un courant électrique destiné à la recharge de la batterie du véhicule et/ou à l'alimentation directe d'actuateurs ou d'autres équipements consommateurs de courant électrique du véhicule. Cette génération d'un courant électrique s'accompagne, ponctuellement, de la génération d'un couple mécanique négatif, dit couple de freinage. Ce couple de freinage pénalise la vitesse et l'accélération du véhicule en marche normale, et c'est pourquoi on cherche en principe à le minimiser. Un moyen d'atteindre ce résultat est de commander la machine électrique avec un jeu de paramètres basé sur la recherche du rendement maximum de la machine. En effet, meilleur est le rendement, moindre est l'énergie mécanique qui doit être absorbée pour produire un courant de valeur donnée, et donc moindre est le couple de freinage généré.

Mais le couple de freinage peut aussi s'avérer utile lors des phases de conduite dans lesquelles une assistance à la décélération du véhicule est souhaitable en plus du recours aux moyens de freinage du véhicule, puisqu'il augmente l'ensemble des couples de freinage existants, communément désignés par l'expression de « frein moteur » du véhicule.

Toutefois, contrairement à l'injection de mélange d'air et de carburant qui peut être contrôlée quantitativement et qualitativement afin d'obtenir un couple moteur déterminé, et éventuellement de l'annuler en stoppant totalement l'injection lors des phases de forte décélération (« Fuel cut-off », en langue anglo-saxonne), le couple de freinage généré par la machine électrique n'est pas contrôlé. En effet, ce couple de freinage résulte passivement des paramètres de commande de la machine qui sont dictés par la recherche du meilleur rendement possible pour la génération d'énergie électrique, en fonction du courant appelé par les équipements consommateurs de courant qui sont en service à chaque instant, et éventuellement du courant absorbé par la batterie lorsque cette dernière a besoin d'être rechargée.

En résumé, la valeur des paramètres de commande de la machine électrique dépend à chaque instant des besoins en énergie de la batterie et des équipements consommateurs de courant électrique du véhicule. Ceci résulte de la régulation de la production de courant par la machine électrique. Une valeur donnée du couple de freinage s'établit donc de manière passive, via la boucle de régulation du courant générée par le calculateur de commande de la machine électrique suivant les besoins en énergie électrique de la batterie et des équipements consommateurs de courant du véhicule. Par exemple, le couple de freinage généré dans une situation de conduite nécessitant l'utilisation de peu ou d'aucun équipements consommateurs de courant et avec une batterie pleinement chargée, engendre un couple de freinage sensiblement inférieur à celui engendré dans une situation de conduite dans laquelle la batterie est pratiquement déchargée et dans laquelle des équipements électriques du véhicule (tels que, par exemple, les phares, les clignotants, la radio, les voyants du tableau de bord, etc.) sont en cours d'utilisation. Cette régulation est basée sur la recherche d'un rendement donné de la machine électrique, en principe le rendement maximum afin, justement, de limiter le couple de freinage à sa valeur minimum à chaque instant.

Le couple de freinage induit par la machine électrique est donc fluctuant, et ce de manière incontrôlée du point de vue des phases de conduite du motocycle. En particulier, il prend des valeurs élevées ou faibles indépendamment de la situation de conduite et des souhaits du conducteur quant à la vitesse, l'accélération ou la décélération du motocycle.

L'invention propose de contrôler activement le couple de freinage généré par la machine électrique pour l'exploiter utilement et de façon maîtrisée afin, par exemple, d'optimiser la décélération du véhicule dans les phases de conduite dans lesquelles cette décélération est souhaitable. En particulier, ceci peut être obtenu en modifiant des paramètres de commande de la machine électrique quitte à dégrader volontairement le rendement de la production d'énergie électrique par celle-ci. L'invention permet d'utiliser activement et au mieux la valeur du couple de freinage induite par la machine électrique dans certaines situations de conduite du motocycle.

A cette fin, un aspect de l'invention se rapporte à un procédé de commande d'une machine électrique ayant un rotor dont l'axe est couplé au vilebrequin d'un moteur de véhicule et adaptée pour, en mode générateur de courant, produire de l'énergie électrique à partir de la rotation du moteur, le procédé comprenant, dans le mode générateur de courant électrique :

• dans une première phase de conduite, la génération et l'application d'un jeu de paramètres de commande de la machine électrique basé sur la recherche d'un rendement souhaité pour la production d'énergie électrique par la machine électrique ; et, • dans une seconde phase de conduite, différente de la première phase de conduite, la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique basée sur la recherche d'un couple de freinage souhaité, ledit couple de freinage étant généré par la machine électrique et transmis au vilebrequin du moteur, et l'application du jeu de paramètres modifié,

le jeu de paramètres de commande de la machine électrique comprenant le rapport cyclique et le déphasage de signaux de commande des phases de la machine électrique utilisant une modulation de largeur d'impulsion (en anglais Puise Width Modulation PWM), et dans la seconde phase de conduite, la modification du jeu de paramètres consistant à modifier la valeur du rapport cyclique et/ou la valeur du déphasage de façon à dégrader le rendement de la production d'énergie électrique par la machine électrique, par rapport à des valeurs théoriques qui sont définies de manière à produire un rendement maximum de celle-ci en mode générateur de courant électrique.

De cette manière, l'invention permet, par exemple, de maximiser la valeur du couple de freinage produit par la machine électrique quels que soient les besoins instantanés en énergie électrique dans le véhicule afin de faciliter sa décélération lorsque cela est nécessaire dans une phase de conduite déterminée. Elle peut permettre également d'obtenir une stabilité de la valeur du couple de freinage produit par la machine électrique indépendamment de la variation éventuelle des besoins en énergie électrique des équipements du véhicule, dans une autre phase de conduite déterminée.

Outre les caractéristiques évoquées précédemment, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques complémentaires suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables. En particulier :

• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être basée sur la recherche d'un couple de freinage maximum ;

• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être basée sur la recherche d'un couple de freinage constant ; et/ou

• la modification du jeu de paramètres de commande de la machine électrique peut être déclenchée selon un critère parmi la liste suivante : une commande directe de l'utilisateur du véhicule, une reconnaissance de conduite sur une longue pente descendante, une reconnaissance de conduite urbaine, l'utilisation du frein, et le dépassement par valeurs supérieures d'une certaine vitesse du véhicule. Un autre aspect de l'invention porte sur une unité de contrôle du moteur configurée pour mettre en œuvre toutes les étapes d'un procédé tel que défini ci- dessus.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est un schéma simplifié d'un véhicule motorisé de type deux roues comprenant un moteur thermique et une machine électrique de type alterno- démarreur.

- la figure 2 illustre schématiquement la commande d'une machine électrique dans le véhicule de la figure 1 ;

- la figure 3 détaille les paramètres de commande, et leurs effets, pour une commande la machine électrique conforme au schéma de la figure 1 ; et,

- la figure 4 est un tableau donnant différentes valeurs du couple de freinage généré par la machine.

La figure 1 montre de façon simplifiée un exemple de véhicule motorisé, conforme à l'état de l'art, dans lequel peut être mis en œuvre le procédé de l'invention. Dans cet exemple, le véhicule 10 est de type deux-roues, comme un scooter, par exemple de 150 cm ³ de cylindrée. L'invention n'est toutefois pas limitée à ces exemples, et peut également s'appliquer à d'autres types de motocycles, à deux roues ou trois roues, de préférence de petite cylindrée, par exemple moins de 250 cm3.

Le scooter comporte un moteur thermique 15 (moteur à combustion interne), par exemple un moteur monocylindre. Le démarrage du moteur 15 est assuré par une machine électrique tournante 12, dont le rotor est couplé rigidement au vilebrequin du moteur, directement ou par un engrenage. Cette machine électrique peut par exemple être un alterno-démarreur, avec un rotor à aimants permanents. En mode démarreur, la machine électrique 12 peut fournir un couple moteur pour entraîner le vilebrequin en rotation, et ainsi faire démarrer le moteur. En mode générateur, elle assure aussi la fonction de génération de courant à partir de l'énergie mécanique produite par le moteur, pour le rechargement de la batterie 13 et l'alimentation des organes consommateurs de courant électrique 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d du véhicule tels que, par exemple, les phares, les feux de position et clignotants, le(s) calculateur(s) de commande du moteur, le tableau de bord, etc. L'alimentation des organes électriques 1 1 a- 1 1 d se fait soit directement depuis la machine électrique 12 fonctionnant en mode générateur, soit grâce à de l'énergie produite par la machine électrique 12 fonctionnant en mode générateur et stockée dans la batterie 13. La figure 1 montre également une unité de contrôle du moteur 14 (ou ECU qui signifie « Engine Control Unit » en langue anglo-saxonne). L'ECU est un dispositif électronique, comme un calculateur embarqué, permettant notamment de commander le moteur thermique 15 dans les phases d'arrêt, de ralenti, d'accélération, de pleine charge ou de roue libre, du véhicule.

En particulier, l'ECU commande le moteur thermique 15 sur la base d'informations obtenues en temps réel par un ou des capteur(s) présent(s) dans l'ensemble moteur 16. Ces informations lui permettent de connaître à chaque instant la configuration opérationnelle du moteur (arrêt/fonctionnement, vitesse de rotation du moteur, position angulaire du vilebrequin, etc.). En utilisant ces informations, ou des informations qui en sont dérivées, l'ECU peut produire des commandes adaptées, notamment des commandes d'injection et d'allumage.

Comme il va être décrit maintenant en référence à la figure 2, la machine électrique tournante 12 est pilotée par des commandes qui sont elles aussi générées sur la base d'un signal issu d'un capteur de la position angulaire de son rotor. Dans un exemple, la machine électrique 12, dont le rotor est couplé à l'axe 25 du vilebrequin du moteur thermique 15, peut être commandée à partir d'informations données par un capteur 22 de la position angulaire du vilebrequin. Avantageusement, un tel capteur est déjà utilisé par l'ECU pour la commande du moteur.

La commande de la machine électrique implique de faire passer les phases U, V et W du stator 21 successivement dans six états ou motifs d'excitation déterminés, qui sont répétés séquentiellement tous les 360 degrés. Ceci implique des bascules successives de chacune des phases entre un état haut U+, V+ et W+, respectivement, et un état bas U-, V- et W-, respectivement, avec un déphasage de 120 degrés entre les phases.

La figure 2 illustre schématiquement un exemple non limitatif d'un circuit de commande d'une machine électrique 12 permettant une commande comme décrite ci-dessus. La machine électrique représentée est, de manière classique, composée d'une partie statique, à savoir le stator 21 , et d'une partie mobile en rotation, à savoir le rotor 20.

Le circuit de commande utilisé pour la commande de la machine électrique 12 opère en boucle fermée sur la base d'une mesure de la position angulaire du rotor. Cette mesure peut être réalisée, par exemple, par le capteur 22 précité, dont le signal de sortie est traité par une unité de commande 23. La succession d'états des phases (précédemment décrite) qui est associée aux changements de motifs d'excitation de la machine est représentée par le tableau 24. L'entraînement est donc généré par la commande d'un courant successivement dans une ou plusieurs des bobines 21 a, 21 b et 21 c du stator correspondant aux phases U, V et W, respectivement.

Ce courant dans les bobines est commandé par l'application de signaux périodiques pour lesquels, en modulant la largeur des impulsions de ces signaux (avec un rapport cyclique donné) et/ou en faisant varier la phase de la commande (avec une valeur angulaire donnée) par rapport à une référence (en l'occurrence, le signal de mesure de position angulaire), on peut notamment changer la valeur du couple moteur généré lorsque la machine fonctionne en mode démarreur.

De la même façon, il est aussi possible d'exploiter ces deux derniers paramètres de commande (à savoir la modulation de largeur des impulsions et la synchronisation de la commande) lorsque la machine électrique fonctionne en mode générateur, pour modifier son rendement, c'est-à-dire l'efficacité avec laquelle elle produit de l'énergie électrique. Une modification concomitante du couple de freinage moteur en découle directement. Autrement dit, dans les phases de décélération du véhicule, la modification des paramètres de commande de la machine électrique permet un contrôle du couple de freinage moteur généré par ladite machine.

En effet, une désynchronisation délibérée de la commande générée (on parle alors de « déphasage » par opposition au phasage habituellement recherché pour optimiser le rendement de la machine) ou une modification ponctuelle du rapport cyclique d'ouverture (RCO) utilisant la modulation de largeur d'impulsions (MLI, ou PWM de l'anglais « Puise Width Modulation »), entraîne une dégradation de l'efficacité de la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique par la machine électrique. Ainsi, l'énergie mécanique produite par la machine lors des phases de décélération peut être, sélectivement, utilisée pour contribuer délibérément au freinage du véhicule lorsque cela est considéré comme nécessaire ou pour être convertie en énergie électrique avec le meilleur rendement possible.

La figure 3 montre une courbe 31 illustrant de façon simplifiée un exemple de signal électrique utilisant la MLI pour modifier le RCO. Dans cet exemple, des créneaux de tension d'amplitude constante (qui apparaissent en traits pleins à la figure 3) voient leur largeur temporelle varier en fonction du temps. Localement, le rapport entre le temps pendant lequel le signal est à l'état haut (t), c'est-à-dire à sa valeur de tension maximale, et le temps correspondant à une période moyenne (T) du signal, définit le rapport cyclique d'ouverture (RCO). La variation de celui-ci induit une variation de la tension effective vue par les phases pendant la commande. Dans un mode de réalisation de l'invention, ce type de modulation est utilisé sur le signal appliqué à chacune des phases U, V et W du stator de la machine électrique pour sa commande. En modifiant volontairement les paramètres caractéristiques de la MLI de ces signaux, on peut dégrader volontairement l'efficacité de la production d'énergie électrique par la machine tournante lors des phases de décélération du véhicule et ainsi faire varier, de façon voulue, le couple de freinage qui est généré par la machine et est appliqué au moteur.

La figure 3 montre, en outre, le tableau 24 (identique à celui de la figure 2) illustrant un exemple de cycle de commande de la machine électrique. Dans cet exemple non limitatif, six motifs d'excitation du cycle de commande de la machine couvrent une rotation complète du rotor, en alternant tensions hautes et tensions basses respectivement symbolisées par les valeurs U+ et U-, V+ et V-, et W+ et W-, sur chacune des trois phases, respectivement. Ces couples de tensions haute et basse sont respectivement délivrés à chacune des bobines de la machine.

Comme l'illustre le tableau, les six motifs d'excitation représentés ici sont donc appliqués aux bobines tous les 60 ° , et ce de manière synchronisée. Dans un mode de réalisation, lors de l'utilisation de la machine en mode générateur, la synchronisation de la commande lors d'une décélération du véhicule, c'est-à-dire son phasage, est donc modifiée d'une valeur angulaire déterminée pour réduire le rendement de la production d'énergie électrique et augmenter en conséquence le couple de freinage moteur généré par la machine.

La figure 4 montre un tableau 41 illustrant quelques exemples de variation du couple de freinage (exprimé en Newton mètre) généré par la machine électrique dans différentes configurations de commande entraînant une diminution du rendement de la production d'énergie électrique (ou rendement électrique) de ladite machine par rapport au rendement optimal (i.e., maximum). On notera que, plus le rendement électrique de la machine est mauvais (ou faible), plus le couple de freinage est élevé, en raison du principe général de la conservation de l'énergie.

Dans les exemples de la figure 4, le rendement électrique maximum correspond à la première ligne du tableau, pour laquelle le rapport cyclique τ de la MLI est égal à 100%, la commande de la machine étant effectuée, en fonction du besoin en courant à chaque instant dans le véhicule y compris pour la recharge de la batterie, en faisant varier le déphasage. Les exemples du tableau de la figure 4 sont donnés pour deux situations initiales (définies, respectivement, par les deux colonnes du tableau) de la production de courant par la machine qui sont liées à des besoins en courant spécifiques dans le véhicule. Plus particulièrement :

• la colonne de gauche du tableau 41 correspond à une production de courant initiale nulle ; et,

• la colonne de droite du tableau 41 correspond à une production d'un courant initiale de 20 ampères (20 A).

Deux types de modifications de la commande de la machine, correspondant à deux modes de réalisation distincts, apparaissent dans les exemples représentés. Ils consistent respectivement :

• selon le mode de réalisation de la deuxième ligne du tableau, à commander la machine électrique avec un signal désynchronisé en phase d'une valeur constante de -60° , en faisant varier un paramètre de commande qui correspond au rapport cyclique (paramètre τ) de la modulation de largeur d'impulsion (MLI), de manière à obtenir un rendement diminué par rapport au rendement optimal obtenu dans la première ligne du tableau ; ou,

· selon le mode de réalisation de la troisième ligne du tableau, à commander la machine électrique avec un signal dont la MLI présente un rapport cyclique dégradé à 15% (T = 15%), en faisant varier le déphasage de manière aussi à obtenir un rendement diminué par rapport au rendement optimal obtenu dans la première ligne du tableau.

La combinaison des deux types de commande précités, à savoir par la commande du rapport cyclique ou la commande du déphasage de la MLI permet d'obtenir la production d'un couple de freinage désiré quelles que soient les circonstances c'est-à-dire quels que soient les appels de courant dans le véhicule (y compris la batterie). Il est ainsi possible, par exemple, d'adapter dynamiquement les paramètres de commandes, soit pour toujours produire le couple de freinage maximum (ici, par exemple, 1 .36 Nm dans le cas de la première colonne et 1 .8 Nm dans le cas de la seconde colonne) afin d'aider à ralentir le véhicule lorsque cela est nécessaire, soit pour « lisser » la valeur du couple de freinage généré (c'est-à-dire limiter ses variations) afin de ne pas surprendre le conducteur du véhicule quelles que soient les phases de conduite du véhicule et les besoins en énergie électrique dans le véhicule (ici, par exemple 1 .3 Nm pour la première colonne et la deuxième ligne, et encore 1 .3 Nm pour la seconde colonne et la troisième ligne alors que le courant demandé dans le véhicule est très différent).

Par ailleurs, il est à noter que la réalisation d'un procédé tel que celui de l'invention autorise le déclenchement de sa mise en œuvre à partir d'une pluralité d'événements potentiels. Comme, par exemple : • lorsque l'utilisateur du véhicule le requiert spécifiquement via une commande spécifique prévue pour accentuer le freinage du véhicule de sorte que c'est au conducteur d'apprécier l'opportunité d'utiliser ou non le freinage additionnel procuré par l'invention,

· lorsque le véhicule est conduit sur une longue pente, afin par exemple de moins solliciter les freins du véhicule,

• lorsque le véhicule est conduit dans un environnement urbain, où l'exigence de sécurité est plus importante (l'environnement urbain pouvant être détecté par un système de localisation par satellite couplé à une cartographie du réseau routier, par exemple),

• lorsque le conducteur du véhicule utilise le frein (avant ou arrière) suivant une amplitude et/ou une dynamique particulière, par exemple, et/ou

• lorsque le véhicule dépasse une certaine vitesse au-delà de laquelle un apport de couple de freinage peut être considéré comme déterminant pour la sécurité du véhicule et de ses passagers.

Enfin, l'homme du métier appréciera que dès lors que, lors des phases de décélération l'énergie mécanique produite n'est pas exploitée sous la forme du couple de freinage ou convertie en énergie électrique par la machine électrique tournante, celle-ci est dissipée thermiquement. Toutefois, il est à noter que le dimensionnement de l'ensemble moteur du véhicule permet que cette dissipation indispensable n'implique pas un point de fonctionnement du dispositif l'amenant à sortir de limites provoquant sa détérioration éventuelle.