HFI dans VESC : démarrer un moteur sans capteur à vitesse nulle
Sans capteur, un contrôleur FOC devine la position du rotor à partir de la tension que le moteur produit en tournant. À l'arrêt, il n'y a pas de tension à lire : c'est pourquoi un démarrage sans capteur hésite parfois, surtout sous charge. Le HFI (High Frequency Injection, injection à haute fréquence) contourne le problème : le contrôleur envoie de petites impulsions de tension dans le moteur et déduit la position du rotor de la façon dont le courant réagit. Encore faut-il que le moteur s'y prête.
L'essentiel
- Le HFI se choisit dans Motor Settings, FOC, General, paramètre Sensor Mode.
- Il ne marche que sur les moteurs dont l'inductance varie avec la position du rotor (on parle de saillance).
- Il existe plusieurs variantes : HFI, VSS, et des versions dites silencieuses.
- Le HFI n'agit qu'à basse vitesse ; au-delà, l'observateur sans capteur classique prend le relais.
- Sur un moteur équipé de capteurs Hall en bon état, les capteurs restent la solution la plus simple.
Le problème du démarrage sans capteur
En fonctionnement sans capteur, VESC utilise un observateur : un calcul qui estime la position du rotor à partir des tensions et des courants, en s'appuyant sur la force contre-électromotrice, la tension que le moteur génère en tournant. Cette tension est proportionnelle à la vitesse : à l'arrêt, elle est nulle, et l'observateur n'a rien à observer. Le démarrage se fait alors en boucle ouverte, en imposant un champ tournant, ce qui fonctionne à vide mais peut donner des à-coups ou un départ hésitant sous charge. Notre guide sur l'observateur sans capteur détaille ce mécanisme.
Le principe du HFI
Dans beaucoup de moteurs, l'inductance n'est pas la même selon que l'on mesure dans l'axe des aimants (axe D) ou à 90 degrés (axe Q). Cette différence, appelée saillance, existe surtout dans les moteurs à aimants intérieurs. En injectant une petite tension alternative à haute fréquence et en mesurant le courant qui en résulte, le contrôleur repère où se trouve l'axe de plus faible inductance, donc le rotor, même à l'arrêt.
Une difficulté reste : cette mesure ne distingue pas le pôle nord du pôle sud. Le HFI peut se tromper de 180 degrés électriques, et le moteur partirait à l'envers. Il faut donc lever cette ambiguïté au démarrage, en exploitant la saturation magnétique du fer : c'est le rôle du réglage HFI Ambiguity Resolve Mode.
VESC Tool stocke la saillance mesurée dans le paramètre Motor Inductance Difference (Lq - Ld). Son aide précise que la commande measure_ind du terminal la mesure, l'assistant de détection classique ne l'affichant pas encore. Une différence très faible annonce un HFI difficile.
Les variantes proposées
| Sensor Mode | Principe selon l'aide de VESC Tool |
|---|---|
| HFI | Suit la position jusqu'à vitesse nulle par injection d'impulsions de tension ; demande une différence suffisante entre Ld et Lq |
| VSS | Vedder Sensorless Start : utilise le HFI juste au démarrage pour trouver la position initiale, puis laisse l'observateur suivre ; peut aider des moteurs peu saillants |
| 45 Deg V0V7 HFI (Silent) | Variante silencieuse si la fréquence de découpage est assez haute, plus stable sous forte charge ; demande une inductance bien mesurée et des shunts sur les phases |
| 45 Deg V0 HFI | Même principe, mesure sur un seul vecteur |
| Coupled V0V7 HFI (Silent) | Injecte sur l'axe D et mesure sur l'axe Q ; moins sensible à l'erreur d'inductance, moins bon sous forte charge |
| Coupled V0 HFI | Même principe, mesure sur un seul vecteur |
Le mode HFI d'origine fait un sifflement audible : c'est l'injection elle-même. Les variantes silencieuses le suppriment quand le matériel s'y prête.
Les réglages de l'onglet HFI
Dans Motor Settings, FOC, l'onglet HFI regroupe :
- Sensorless ERPM HFI : la vitesse électrique sous laquelle le HFI est utilisé ; au-dessus, l'observateur classique prend le relais.
- HFI Start Voltage : la tension injectée au démarrage pour lever l'ambiguïté ; elle doit créer assez de courant pour faire apparaître la saturation.
- HFI Run Voltage et HFI Max Voltage : la tension injectée en fonctionnement, qui monte de la première à la seconde avec le courant moteur. Plus de tension aide le suivi, mais fait plus de bruit et de pertes.
- HFI Samples : le nombre de mesures par tour électrique (8, 16 ou 32).
- HFI Start Samples : le nombre de mesures au démarrage ; pendant ce temps, l'accélérateur n'agit pas.
- HFI Ambiguity Resolve Mode : Six Vectors (l'ancienne méthode, rapide, adaptée à la plupart des moteurs de modélisme), Id Single Pulse ou Id Double Pulse (impulsion de courant dans l'axe D, plus fiable sur les gros rotors en fer). Les modes à impulsion utilisent HFI Ambiguity Resolve Current.
- HFI Observer Override Time : une courte période où l'observateur garde la main à la transition, pour éviter les allers-retours entre les deux méthodes.
Et sur un moteur de trottinette ?
Les moteurs-roues de trottinette ont le plus souvent des aimants collés en surface du rotor. Ces moteurs ont en général peu de saillance, ce qui rend le HFI incertain. Notre guide sur les moteurs à aimants intérieurs et en surface explique la différence. Ils ont en revanche presque toujours des capteurs Hall, qui donnent un démarrage franc sans réglage délicat. Le HFI se justifie surtout quand il n'y a pas de capteur, quand les capteurs sont une source de pannes (câbles exposés, humidité), ou sur des moteurs à aimants intérieurs. Pour comparer les solutions, voir notre guide sur les capteurs de position.
La méthode pour essayer
- Faites une détection FOC propre, sans capteur, et vérifiez que le moteur tourne bien à vitesse moyenne.
- Mesurez la saillance avec measure_ind dans le terminal.
- Roue levée, choisissez VSS ou HFI dans Sensor Mode et testez des départs à faible courant.
- Si le moteur part parfois à l'envers, travaillez sur HFI Ambiguity Resolve Mode et HFI Start Voltage.
- Augmentez la charge progressivement : c'est sous fort couple, à basse vitesse, que le HFI perd le plus facilement la position.
Le conseil de l'atelier
Un départ qui part à l'envers ou qui saccade sous charge est dangereux sur un véhicule. N'adoptez le HFI qu'après des dizaines de départs réussis roue levée puis à basse vitesse, en charge. Si vos capteurs Hall fonctionnent, réparez-les plutôt que de les remplacer par du HFI. Pour une remise en état du câblage entre moteurs et contrôleurs, voir notre prestation de rendu Plug & Play des moteurs aux contrôleurs, ou la main d'œuvre à l'heure (https://rage-mechanics.com/fr/nos-produits/1529-main-d-oeuvre-30-minutes.html).
Questions fréquentes
Le HFI marche-t-il sur tous les moteurs ?
Non. Il exige une différence d'inductance entre les axes D et Q. Les moteurs à aimants en surface en ont souvent peu ; VSS peut aider certains d'entre eux à démarrer.
Pourquoi mon moteur siffle-t-il avec le HFI ?
C'est l'injection de tension à haute fréquence. Les modes silencieux réduisent ce bruit, à condition que le matériel les supporte, notamment des shunts sur les phases.
Le moteur part parfois à l'envers, que régler ?
C'est l'ambiguïté de 180 degrés. Essayez un autre HFI Ambiguity Resolve Mode, ou une HFI Start Voltage plus élevée pour faire apparaître la saturation.
Le HFI remplace-t-il les capteurs Hall ?
Il peut, sur un moteur qui s'y prête. Sur la plupart des moteurs de trottinette, des capteurs Hall en bon état restent plus simples et plus robustes.
Le HFI consomme-t-il de l'énergie ?
Oui, un peu : l'injection crée des pertes. C'est pourquoi la tension injectée est réglable et pourquoi le HFI s'arrête au-dessus de Sensorless ERPM HFI.