Fiche individuelle

Automotive industry is evolving towards more fault-tolerant actuators to fulfill future autonomous vehicles requirements. Critical applications such as steering or braking have to resist to fault occurrences while being low cost due to mass production market. Considering these two criteria, multiphase electric drives offer a good tradeoff between increasing the degrees of freedom and limiting system oversizing. This paper proposes to compare three multiphase electric drives for electro-hydraulic power steering for trucks: a five-phase machine and a six-phase machine both fed by a full bridge inverter (FBI), and a seven-phase machine fed by a standard half-bridge inverter (HBI). Several comparison criteria are considered in the meantime: motor, electronics, control and manufacturing parameters. Some of criteria are obtained from finite-element analysis (FEA), while others are derived from analytic formula or dynamic simulations. criteria are evaluated for each drive and then results are discussed In the given low-voltage high-current application, H-bridge inverter topology seems to be a promising solution. Both five-phase and six-phase present similar results. However, six-phase drive could be more interesting, as it could be brought close to standard three-phase solutions and adapted to dual-lane supply.

Automotive safety applications will be soon a standard based on market evolution trends. Actuators performing safety operations, such as steering or braking, need to be more reliable with a low manufacturing cost. Multiphase drives seem to be a good alternative to actuators redundancy, as it offers greater degrees of freedom with at a limited extra cost. These drives have been studied for a while, especially in other industries such as ship propulsion or aeronautic actuator. However, comparison between multiphase drives for a given application is rare. In this paper, a methodology is proposed to evaluate several drives for a safety automotive application. Some manufacturing assumptions have been made in order to narrow the study to five, six and seven phase permanent magnet synchronous motors (PMSM). Machines have been modeled using 2-D finite elements analysis (FEA) software in order to extract their parameters which will be used in dynamic simulations. Based on the obtained results, each drive is evaluated according to defined criteria and best solutions are highlighted. Considering a low voltage high current application, full bridge inverter topologies feeding a six-phase motor seem to be a promising solution.

Le changement climatique est une réalité et les industries les plus polluantes, comme le secteur de la mobilité, doivent s’adapter. L’électrification des véhicules apparaît alors comme un des leviers à actionner pour réduire les émissions dans ce secteur. Cette évolution vers des véhicules plus électriques permet de nouvelles architectures et l’autonomisation de plus en plus de fonctions. De relativement nouvelles applications apparaissent, telles que le steer by wire ou le brake by wire, dans lesquelles il n’existe plus de lien mécanique entre le conducteur et les organes d’actionnement. Ces applications touchent directement à la sécurité des personnes et c’est pourquoi elles doivent avoir un haut niveau de fiabilité. Si un défaut apparaît, l’entraînement électrique doit pouvoir assurer un minimum de fonctionnement afin de permettre au conducteur de se garer en toute sécurité. Dans le cas de véhicules totalement autonomes, comme les convois de camions ou les flottes partagées, garder le même niveau de fonctionnement après l’apparition d’un ou plusieurs défauts est également intéressant. Néanmoins, les entraînements triphasés traditionnels ne permettent pas de répondre à ces exigences. A contrario, les entraînements polyphasés ont déjà été investigués pour des applications navales ou aéronautiques pour lesquels les exigences de fiabilité sont hautes, mais où les volumes sont relativement faibles. C’est pourquoi cette thèse vise à concevoir un entraînement polyphasé et son contrôle pour des applications automobiles sécuritaires, tout en prenant en compte des contraintes de coût et d’industrialisation. Des outils d’évaluation de la fiabilité ont tout d’abord été étudiés et appliqués afin de vérifier le gain offert par les entraînements polyphasés. Malgré une augmentation du nombre de composants, la fiabilité fonctionnelle est améliorée à travers les modes dégradés qui permettent de conserver une partie de la fonctionnalité. Le contrôle d’un entraînement polyphasé diffère d’un contrôle triphasé, mais peut être vu comme l’extension du contrôle classique dans la base d-q, avec des éléments supplémentaires à considérer. Une approche de comparaison de différents entraînements polyphasés a été proposée, en incluant des critères relatifs au coût et au fonctionnement en mode dégradé. A l’issue de cette étude, une machine double pentaphasée a été prototypée et a permis de tester les différents algorithmes de commande après défaut. Les changements des références de courant et l’ajout de réseaux de neurones simple couche en parallèle des régulateurs PI, ont permis un gain significatif sur les performances de l’entraînement après défaut. Cette thèse a mis en évidence les nombreuses contraintes lors du dimensionnement d’un entraînement tolérant aux défauts, avec la nécessité de prendre en compte tant le moteur que son convertisseur. En particulier, il est nécessaire de prendre en considération les limites de l’entraînement complet, aussi bien en mode sain qu’en mode dégradé, afin de maximiser le niveau de fonctionnalité tout en minimisant le surdimensionnement.