Conception d'un actionneur à aimants permanents à faibles ondulations de couple pour assistance de direction automobile. Approches par la structure et par la commande

摘要

Cette étude cofinancée par la société RENAULT et le CNRS porte sur la conception d'un actionneur à aimants permanents pour assistance de direction automobile. L'analyse du cahier des charges montre la nécessité d'obtenir un moteur à très faibles ondulations de couple. La réduction des ondulations de couple est traitée de deux façons : une première action consiste à concevoir la structure du moteur et une seconde à compenser les ondulations de couple par une loi de la commande adéquate. Concernant le dimensionnement du moteur, une étude du système mécanique a permis d'expliciter le lien entre la raideur du capteur de couple intégré à la colonne de direction et l'inertie du moteur ramenée au volant. Cette contrainte inertielle associée à une température ambiante élevée constituent des points forts du dimensionnement pour un encombrement donné. Il est montré que le choix d'un capteur de couple à raideur élevée permet de réduire ces contraintes de dimensionnement en réduisant la contrainte inertielle. Un modèle électromagnétique analytique et un modèle thermique couplés ont été développés et exploités suivant une méthodologie définie par la spécificité du cahier des charges. L'étude des différentes techniques de minimisation des ondulations de couple et la caractérisation électromagnétique ont été menées par calcul des champs avec FLUX2D(tm). Une solution basée sur une structure à nombre fractionnaire d'encoche par pôle et par phase et un bobinage original est proposée. La réalisation d'un prototype et les essais réalisés ont permis de valider certains aspects de ce dimensionnement. Concernant la minimisation des ondulations de couple par la commande, des modèles de simulation sous Simulink intégrant les ondulations de couple définis à partir des calculs de champs ont été développés. Différentes structures d'observateurs de couple avec prise en compte des ondulations de couple sont présentées et comparées. Une structure originale basée sur un filtre de Kalman associé à un observateur de couple de type Luenberger est mise à jour. Cette structure permet un autopilotage sans capteur de position tout en réduisant fortement les ondulations de couple. Une loi de commande par retour d'état et une structure RST associées à un observateur de couple ont été implantées sur un banc mécanique conçu et instrumenté dans le but de reproduire le fonctionnement du système de direction assistée électrique.