Brevet FR2865516A1 — publié le 20050729

L'invention concerne un procédé et un dispositif de filtration des vibrations dans une transmission entre un arbre moteur et un arbre mené, en particulier pour véhicule automobile, du type comprenant un filtre dit "actif' associé à l'arbre mené qui est par exemple l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses. On connaît déjà des dispositifs de filtration de vibrations en rotation comprenant une masse accouplée élastiquemént à un arbre tournant. Un tel dispositif, appelé batteur, filtre bien une fréquence de vibration correspondant à la fréquence propre ou fréquence de résonance du système masse-ressort du batteur, mais amplifie au contraire les vibrations aux fréquences voisines de la fréquence propre. On a également proposé des systèmes "actifs", par exemple dans le document FR-A-2 658 888, qui ont une constitution semblable à celle d'un moteur électrique commandé en sorte que le couple fourni par ce moteur vient en opposition de la vibration à filtrer pour une plage de vitesses de rotation donnée. Ces dispositifs ont l'inconvénient de consommer une puissance électrique relativement importante. On connaît également par le document FR-A-2 824 374, un batteur actif, en particulier pour une transmission de véhicule automobile, qui est associé à l'arbre mené de la transmission et qui agit en complément d'un amortisseur de torsion principal agencé de façon classique entre l'arbre moteur et l'arbre mené. Dans ce cas, la puissance électrique consommée par le dispositif de filtration est relativement faible, par exemple de l'ordre d'une centaine de watts, et le batteur peut être utilisé en tant que moteur électrique pour fournir un couple moteur supplémentaire sur l'arbre mené, et également comme récupérateur d'énergie lors d'un freinage. La présente invention a notamment pour objet des perfectionnements et développements du batteur actif décrit dans ce document antérieur. Elle propose un procédé de filtration des vibrations dans une transmission entre un arbre moteur et un arbre mené, en particulier pour véhicule automobile, la transmission comprenant au moins un volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur et un amortisseur de torsion, ainsi qu'un batteur comprenant un rotor monté en rotation autour de l'arbre mené, un stator, des moyens électromagnétiques montés sur le stator et sur le rotor et reliés à une alimentation électrique, et des moyens élastiquement déformables de liaison du rotor à l'arbre mené, caractérisé en ce qu'il consiste: - à déterminer l'accélération instantanée du volant d'inertie et/ou l'accélération instantanée du rotor du batteur, - et à calculer l'intensité d'un courant d'alimentation électrique desdits moyens électromagnétiques à partir de ladite accélération instantanée et de l'inertie du rotor pour appliquer au rotor un couple électromagnétique qui s'ajoute au couple de rappel exercé sur le rotor par ses moyens élastiquement déformables de liaison à l'arbre mené et qui est sensiblement en phase ou en opposition de phase avec ce couple de rappel, afin de modifier la fréquence propre du batteur et l'adapter à la fréquence des vibrations transmises par l'amortisseur de torsion à l'arbre mené. Ce procédé a l'avantage de consommer peu d'énergie puisque le batteur agit en moteur électrique sur une demi-période d'oscillation et en frein sur l'autre demi-période d'oscillation, de sorte que le courant consommé moyen est faible et dû aux pertes, tout en permettant un amortissement efficace des vibrations dans les bas régimes de rotation, notamment de 800-1000 tours par minute à 1600 tours par minute environ. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste à déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor à partir du produit de l'inertie et de l'accélération angulaire instantanée du rotor du batteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, on détermine le couple électromagnétique appliqué au rotor à partir du produit de l'inertie du rotor et de l'accélération angulaire instantanée du volant d'inertie. Dans une autre variante de l'invention, ce procédé consiste à déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor à partir du produit de l'inertie de ce rotor et de son accélération angulaire retardée. On peut bien entendu déterminer les accélérations angulaires à partir des positions angulaires mesurées du volant d'inertie et du rotor, et d'une double dérivation. Lorsque que le couple électromagnétique appliqué au rotor est déterminé à partir de l'accélération angulaire retardée du rotor, le retard correspond au décalage de 90 qui existe entre la vitesse et l'accélération à la fréquence de l'harmonique 2. De façon commode, on peut déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor du batteur à partir des mesures de la position angulaire instantanée du volant d'inertie et/ou de celles du rotor du batteur et de tables de valeurs préenregistrées en mémoires. Par ailleurs, le procédé selon l'invention est encore caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le batteur pour filtrer les vibrations en dehors des changements de rapport de transmission et pour charger un condensateur de forte capacité, l'énergie stockée dans le condensateur étant restituée pour la synchronisation des vitesses de rotation pendant chaque changement de rapport. En variante, le procédé selon l'invention consiste à désolidariser le batteur de l'arbre mené pendant les changements de rapport de transmission. On évite ainsi d'augmenter l'inertie de l'arbre mené, qui est en général formé par l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses, pendant les changements de rapport de transmission, ce qui facilite la synchronisation et le crabotage pendant ces changements. L'invention propose également un dispositif de filtration des vibrations dans une transmission entre un arbre moteur et un arbre mené, comprenant au moins un volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur, un amortisseur de torsion et un batteur comprenant un rotor monté en rotation autour de l'arbre mené, un stator, des moyens électromagnétiques montés sur le stator et sur le rotor et reliés à une alimentation électrique, et des moyens élastiquement déformables de liaison du rotor à l'arbre mené, ce dispositif étant caractérisée en ce qu'il comprend également: - des moyens de détermination de l'accélération instantanée du volant d'inertie et/ou de l'accélération instantanée du rotor du batteur, - et des moyens de pilotage de l'alimentation électrique des moyens électromagnétiques du batteur, ces moyens de pilotage comprenant des moyens de calcul pour déterminer à partir de l'inertie du rotor et de son accélération instantanée ou de celle du volant d'inertie la valeur instantanée de l'intensité du courant d'alimentation des moyens électromagnétiques pour appliquer au rotor un couple électromagnétique qui s'ajoute au couple de rappel exercé sur le rotor par ses moyens élastiquement déformables de liaison à l'arbre mené et qui est sensiblement en phase ou en opposition de phase avec ce couple de rappel, afin de modifier la fréquence propre du batteur et l'adapter à la fréquence des vibrations transmises par l'amortisseur de torsion à l'arbre mené. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, ce dispositif comprend également des moyens de mesure de la position angulaire instantanée du volant d'inertie et des moyens de mesure de la position angulaire instantanée du rotor du batteur, qui sont reliés aux moyens de calcul précipités, par exemple au calculateur de commande moteur du véhicule. Dans un mode de réalisation particulier de ce dispositif, les moyens électromagnétiques du batteur comprennent des enroulements conducteurs, par exemple portés par le stator, qui sont reliés à un circuit de charge d'un condensateur de forte capacité. Dans un mode de réalisation préféré, ce dispositif comprend des moyens de désolidarisation du rotor et de l'arbre mené, ces moyens étant commandés par des moyens d'ouverture de l'embrayage qui est monté dans la transmission entre l'arbre moteur et l'arbre mené. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une transmission comprenant un dispositif selon l'invention. - La figure 2 représente schématiquement un circuit de charge d'un condensateur par le batteur du dispositif selon l'invention. En figure 1, la référence 10 désigne un arbre moteur, tel que le vilebrequin d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, et la référence 12 un arbre mené, tel par exemple que l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses. Un volant d'inertie 14 est fixé en bout de l'arbre moteur 10 par des vis 16 et forme le plateau de réaction d'un embrayage 18 d'un type classique, comprenant un disque de friction 20 qui est relié en rotation à l'arbre mené 12 par l'intermédiaire d'un amortisseur de torsion 22 d'un type classique, comprenant des moyens élastiquement déformables d'absorption des vibrations et irrégularités de couple transmises par l'arbre moteur 10 et des moyens de friction pour l'amortissement des vibrations et irrégularités de couple absorbées. L'embrayage comprend encore un plateau de pression 24 qui est solidaire en rotation du volant d'inertie 14 et qui est déplaçable axialement en translation par rapport à ce dernier, et des moyens embrayeurs et débrayeurs formés par un diaphragme annulaire 26 qui est monté basculant ou pivotant sur un couvercle d'embrayage 28 solidaire du volant d'inertie 14. La partie radialement externe du diaphragme annulaire 26 sollicite le plateau de pression 24 vers le volant d'inertie 14 pour le serrage des garnitures de friction portées par le disque d'embrayage 20, et la partie radialement interne de ce diaphragme annulaire coopère avec une butée de débrayage 30 qui entoure l'arbre mené 12 et qui est déplaçable axialement en translation entre une position de repos représentée aux dessins où l'embrayage est fermé ou couplé, et une position de service ou position de débrayage, dans laquelle la butée 30 est déplacée vers l'arbre moteur 10 et le plateau de pression 24 est écarté du volant d'inertie 14 pour l'ouverture de l'embrayage. Les moyens de commande de la butée de débrayage n'ont pas été représentés et peuvent être d'un type classique. Dans l'exemple représenté en figure 1, cette butée de débrayage est montée à l'extrémité arrière (ou extrémité située du côté opposé à l'arbre moteur 10) d'une douille cylindrique 32 qui est montée libre en rotation et en translation sur l'arbre mené 12 et dont l'extrémité arrière comporte des moyens de solidarisation en rotation avec l'arbre mené 12, ces moyens comprenant par exemple un crabot 34 ou des moyens de friction 36 qui sont agencés entre un épaulement externe de l'arbre mené 12 (ou une bague solidaire en rotation de l'arbre mené 12) et un rebord annulaire arrière de la douille 32. La douille 32 est montée sur l'arbre 12 au moyen d'un palier 38 de guidage en rotation et comporte à son extrémité avant une butée non représentée coopérant avec la partie radialement interne du diaphragme annulaire 26. Cette douille est reliée par des moyens à ressorts 40, à un rotor 42 qui s'étend radialement le long du diaphragme annulaire 26 et du couvercle d'embrayage 28 et qui porte des aimants permanents 44 agencés en regard de secteurs angulaires 46 fixes de stator comportant des enroulements électroconducteurs qui sont à faible distance axiale des aimants permanents 44 portés par le rotor 42. L'ensemble des secteurs angulaires 46 forme un stator de machine électrique dont les enroulements sont reliés à une alimentation électrique 48 pilotée par un calculateur 50, qui peut faire partie du calculateur de commande moteur du véhicule. Des capteurs de position angulaire 52, 54 et 56 sont ici associés au volant d'inertie 14 solidaire de l'arbre moteur 10, à l'arbre mené 12 et au rotor 42 pour détecter leurs positions angulaires instantanées. Ces capteurs 52, 54 et 56 sont d'un type connu, par exemple à 64 ou 32 points par tour. L'ensemble formé par le rotor 42, le stator 46 et les moyens à ressorts 40 forme un batteur actif dont l'alimentation électrique est pilotée pour générer un couple électromagnétique qui appliqué au rotor et qui s'ajoute au couple de rappel appliqué par les ressorts 40, ce couple électromagnétique étant soit en phase avec le couple de rappel, soit en opposition de phase avec celui-ci, pour respectivement augmenter ou diminuer la raideur du batteur et donc augmenter ou diminuer sa fréquence propre. En fonctionnement, les vibrations et irrégularités de couple transmises par l'arbre moteur 10 et appliquées au volant d'inertie 14 et à l'arbre mené 12 sont détectées par analyse des positions angulaires instantanées du volant d'inertie 14, de l'arbre mené 12 et du rotor 42 fournies par les capteurs 52, 54, 56 au calculateur 50. Le couple électromagnétique appliqué au rotor 42 est déterminé par l'intensité du courant d'alimentation des enroulements 46 et peut être calculé directement à partir de l'accélération angulaire instantanée du volant d'inertie 14, obtenue par une double dérivation du signal de sortie du capteur 52, et/ou de l'accélération angulaire instantanée du rotor 42, obtenue par une double dérivation du signal de sortie du capteur 56. On a en effet constaté que, en fonction des régimes de rotation de l'arbre moteur 10 et des conditions de déplacement du véhicule, le couple électromagnétique à appliquer au rotor 42 pouvait être déterminé par le produit de l'inertie du rotor 42, d'une constante et de l'accélération angulaire du volant d'inertie 14 ou du rotor 42 du batteur. Il est également possible, dans certains cas, d'utiliser pour ce calcul une accélération retardée du rotor 42. Par exemple, lorsque le capteur 56 de détection de la position angulaire du rotor 42 est un capteur à 64 points, on peut utiliser une accélération angulaire retardée de 8 points ce qui correspond à un décalage de 90 à la fréquence de l'harmonique 2 et donc au décalage entre vitesse et accélération à cette fréquence. Il est avantageux d'enregistrer en mémoire des tables de valeurs prédéterminées, que l'on va combiner aux valeurs mesurées ou calculées de l'accélération du volant d'inertie 14 ou de celle du rotor 42, pour déterminer le couple électromagnétique instantané à appliquer au rotor 42 et donc l'intensité du courant d'alimentation des enroulements 46 du batteur. Les signaux fournis par le capteur 54 associé à l'arbre mené 12 permettent de vérifier l'efficacité de la commande de l'alimentation 15 électrique du batteur. Dans le mode de réalisation du dispositif selon l'invention représenté en figure 1, la liaison en rotation du batteur et de l'arbre moteur est débrayable, ce débrayage se produisant en même temps que l'ouverture de l'embrayage 18, lorsque la douille 32 portant le batteur est déplacée en translation axiale vers l'arbre moteur 10 par les moyens de commande de l'embrayage 18 pour agir sur la partie radialement interne du diaphragme annulaire 26 et le faire basculer sur le couvercle d'embrayage 18. Ce déplacement du batteur vers l'arbre moteur 10 se traduit par le décrabotage des moyens 34 ou la mise au repos des moyens de friction 36 de sorte que le rotor 42 et la douille 32 ne sont plus alors reliés à l'arbre mené 12. Ce débrayage du batteur a pour avantage que, lors des changements de rapports de transmission dans la boîte de vitesses dont l'arbre 12 est un arbre d'entrée, l'inertie du batteur ne s'ajoute pas à celle de l'arbre 12, ce qui permet un fonctionnement normal des moyens de synchronisation et de crabotage. Pendant la plus grande partie du fonctionnement du moteur du véhicule, le batteur est relié en rotation à l'arbre mené 12 et est commandé par le calculateur 50 pour fonctionner en générateur électrique pendant le fonctionnement en marche embrayée et l'énergie qu'il produit est stockée puis restituée pendant les changements de rapports de transmission pour assister les moyens de synchronisation et de crabotage. On peut utiliser à cet effet le montage représenté schématiquement en figure 2, dans lequel les enroulements 60 du stator 46 sont reliés à un condensateur 62 de forte capacité et à un montage en pont de transistors de puissance 64 qui sont commandés par le calculateur 50 en fonction d'un signal 66 d'accélération de l'arbre moteur 10 et d'un signal 68 d'accélération du rotor 42. L'énergie stockée dans le condensateur 62, qui est par exemple comprise entre 500 et 1000 Joules, est utilisée pendant les changements de rapports de transmission pour augmenter ou diminuer la vitesse de rotation de l'arbre mené 12. 25 REVENDICATIONS 1. Procédé de filtration des vibrations dans une transmission, en particulier pour véhicule automobile, reliant un arbre moteur (10) à un arbre mené (12) au moyen d'un volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur et d'un amortisseur de torsion et comprenant un batteur formé d'un rotor (42) monté à rotation autour de l'arbre mené (12), d'un stator (46), de moyens électromagnétiques (44,60) montés sur le rotor et sur le stator et reliés à une alimentation électrique (48), et de moyens (40) élastiquement déformables de liaison du rotor (42) à l'arbre mené (12), caractérisé en ce qu'il consiste à piloter l'alimentation électrique (48) des moyens électromagnétiques du batteur à partir de l'accélération instantanée du volant d'inertie (14) et/ou du rotor (42) et de l'inertie du rotor (42) pour appliquer au rotor un couple électromagnétique, qui s'ajoute au couple de rappel exercé sur le rotor par ses moyens élastiquement déformables (40) de liaison à l'arbre mené et qui est sensiblement en phase ou en opposition de phase avec ce couple de rappel, pour modifier la fréquence propre du batteur et l'adapter à la fréquence des vibrations transmises par l'amortisseur de torsion à l'arbre mené. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor (42) à partir du produit de l'inertie et de l'accélération instantanée du rotor (42). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor (42)à partir du produit de l'inertie du rotor et de l'accélération instantanée du volant d'inertie (14). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le couple électromagnétique appliqué au rotor (42) à partir d'une accélération angulaire retardée de ce rotor. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'accélération du rotor (42) est retardée de 90 à la fréquence de l'harmonique 2. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la commande de l'alimentation électrique (48) précitée à partir des mesures de la position angulaire instantanée du rotor (42) et/ou du volant d'inertie (14) et de tables de valeurs préenregistrées en mémoire. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le batteur pour filtrer les vibrations en dehors des changements de rapport de transmission et pour charger un condensateur (62), l'énergie stockée dans le condensateur étant restituée pour la synchronisation des vitesses de rotation pendant les changements de rapport. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à désolidariser le batteur de l'arbre mené (12) pendant les changements de rapports de transmission. 9. Dispositif de filtration des vibrations dans une transmission entre un arbre moteur et un arbre mené, en particulier pour véhicule automobile, la transmission comprenant un volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur et relié à l'arbre mené par un amortisseur de torsion, et un batteur comprenant un rotor (42) monté à rotation autour de l'arbre mené (12), un stator, des moyens électromagnétiques (44,60) montés sur le rotor et sur le stator et reliés à une alimentation électrique (48) et des moyens élastiquement déformables (40) de liaison du rotor (42) à l'arbre mené (12), caractérisé en ce qu'il comprend également: - des moyens (50, 52,54,56) de détermination de l'accélération instantanée du volant d'inertie (14) et/ou du rotor (42), - et des moyens (50) de pilotage de l'alimentation électrique (48) des moyens électromagnétiques précités du batteur, ces moyens de pilotage comprenant des moyens de calcul pour déterminer à partir de l'inertie du rotor et de l'accélération instantanée du volant d'inertie ou du rotor, la valeur instantanée de l'intensité du courant d'alimentation des moyens électromagnétiques précités pour appliquer au rotor un couple électromagnétique, qui s'ajoute au couple de rappel exercé sur le rotor par ses moyens élastiquement déformables (40) de liaison à l'arbre mené et qui est en phase ou en opposition de phase avec ce couple de rappel, afin de modifier la fréquence propre du rotor et l'adapter à la fréquence des vibrations transmises par l'amortisseur de torsion à l'arbre mené. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (56) de mesure de la position angulaire instantanée du rotor (42). 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (52) de mesure de la position angulaire instantanée du volant d'inertie (14). 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les moyens électromagnétiques du batteur comprennent des enroulements conducteurs (60) reliés à un circuit de charge d'un condensateur (62) sous commande des moyens de pilotage (50). 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de désolidarisation en rotation du rotor (42) et de l'arbre mené (12), ces moyens étant commandés par des moyens d'ouverture d'un embrayage (18) monté dans la transmission entre l'arbre moteur et l'arbre mené (12).