Brevet FR2902479A1 — publié le 20071221

PROCEDE ET SYSTEME DE CONTRâLE ANTIVIBRATOIRE ET ANTIBRUIT POUR GROUPE MOTOPROPULSEUR D'UN VEHICULE. La présente invention concerne un procédé et un 5 système de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur (GMP) d'un véhicule. Les vibrations du GMP d'un véhicule proviennent de mouvements rotatifs de différentes pièces du moteur (vilebrequin, manetons excentrés par rapport à l'axe 10 de rotation du vilebrequin, etc.), de mouvements de translation d'autres pièces (piston et masses attachées) et de mouvements composes (bielles, par exemple). Les vibrations sont générées par des forces dont l'intensité, la direction et le point d'application varient à une vitesse 15 très élevée. Elles sont néfastes : elles créent des points de fragilité et sont la cause d'inconfort pour les passagers. Les vibrations doivent être limitées. On parle alors d'équilibrage. Différents systèmes passifs existent pour 20 réduire les vibrations, parmi lesquels on connaît les cales moteurs, les systèmes de créations d'excentriques ou balourds destinés à s'opposer aux excentriques qui sont sources de vibrations, les systèmes d'équilibrage dans lesquels on ajoute des masses en nombre, position et valeur 25 variées sur le vilebrequin et les arbres d'équilibrage, les systèmes de biellettes anti-couples et les systèmes basés sur des supports hydrauliques (avec action spécifique en fonction de la bande des fréquences et le type des sollicitations vibratoires à contrôler). D'autres systèmes, 30 dits systèmes actifs, sont également utilisés parmi lesquels les systèmes d'isolation actifs pour la suppression des phénomènes de résonance (cale active dite cale GMP, cale active Paulstra ), les biellettes actives, les systèmes de contrôle actif antivibratoire, et les systèmes de filtrage 35 dit auto adaptatif , etc. Parmi les systèmes de limitation des vibrations, le plus efficace est actuellement le système dit de contrôle antivibratoire. Un tel système repose sur le principe de génération d'une contre vibration, et comprend, de manière classique et connue en soi, un actionneur souvent placé sur la structure du véhicule, un calculateur qui génère les signaux de contrôle antivibratoire par l'intermédiaire de l'actionneur, un signal de contrôle mesuré en un point de l'habitacle (point où l'on souhaite réduire les vibrations), et un signal de référence qui est filtré pour générer le signal de contre vibration envoyé à l'actionneur. Ainsi, la contre vibration générée par l'actionneur n'est autre que le signal de référence filtré. Un premier procédé de contrôle, dit procédé cartographique, consiste essentiellement à choisir le filtre courant parmi un ensemble de filtres cartographiés en fonction des informations de régime moteur, de position de boîte de vitesse, de charge moteur, etc., ces filtres cartographiés étant mis au point sur un véhicule dit véhicule de référence . Toutefois, un tel procédé, connu de l'art antérieur, présente l'inconvénient de ne pas prendre en compte la dispersion entre les véhicules équipés du système antivibratoire, parce que ceux-ci ont exactement les mêmes filtres cartographiés . Un autre procédé de contrôle, dit procédé auto adaptatif , utilise un seul filtre dont les coefficients varient en permanence au cours du temps, ces coefficients étant obtenus par le fonctionnement d'un calculateur. Dans ce procédé, contrairement au procédé mentionné antérieurement, il y a prise en compte de la diversité des véhicules équipés et les gains sont optimaux car il y a une parfaite adaptation au véhicule concerné. Toutefois, ce procédé auto adaptatif présente l'inconvénient d'un coût élevé du calculateur d'obtention des coefficients en temps réel. D'autre part, dans ce procédé auto adaptatif , la vitesse de convergence est plus lente, parce qu'il faut calculer les nouveaux coefficients du filtre pas à pas avant d'atteindre les valeurs optimales recherchées. Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un système de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur d'un véhicule, qui ne présente pas les inconvénients des procédés connus de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé et un tel système, qui prennent en compte la diversité des véhicules équipés sans recourir à un calculateur trop coûteux. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé et un tel système, qui offrent une excellente vitesse de convergence, c'est-à-dire qui offrent un temps de convergence du système relativement court. Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un procédé et un système de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur d'un véhicule, qui soient, de manière générale, simples, stables et fiables. Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau procédé de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur de véhicule, par génération au moyen d'un actionneur d'une contre vibration pour diminuer ou annuler les vibrations et les bruits d'origine en un point de contrôle de l'habitacle du véhicule. Selon ce nouveau procédé, on utilise le groupe motopropulseur lui-même pour source d'un signal de référence, lequel signal de référence étant filtré pour obtenir un signal de contre vibration envoyé audit actionneur, et on calcule les coefficients de filtre sous formes de constantes pour un état du véhicule donné à partir de la mesure des transferts entre le groupe motopropulseur, respectivement l'actionneur, et ledit point de contrôle. Le transfert entre deux points, à savoir un point d'excitation et un point de contrôle, est la réponse vibratoire entre ces deux points. Selon la présente invention, un coefficient de filtre n'est pas le résultat de calculs en temps réel, mais est une constante, et cette constante est obtenue par les étapes suivantes . - mesure du transfert entre le GMP et le point de contrôle de l'habitacle - appelé transfert primaire, - mesure du transfert entre l'actionneur et le point de contrôle de l'habitacle - appelé transfert secondaire, - et rapport entre les deux mesures pour obtenir le coefficient de filtre. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les vibrations et bruits d'origine traités sont essentiellement des vibrations et bruits à une fréquence qui est celle du principal harmonique du régime de rotation du vilebrequin du moteur du GMP. De préférence, la mesure du transfert primaire est obtenue par déduction à partir de la mesure du signal sinusoïdal dudit principal harmonique mesuré au point de contrôle. De préférence également, la mesure du transfert secondaire est obtenue également en envoyant par l'actionneur un signal sinusoïdal qui est mesuré au point de contrôle. Selon un autre aspect de l'invention, les mesures des transferts primaire et secondaire sont effectuées en ligne au cours du processus de production automobile, en utilisant l'harmonique du moteur GMP lui-même comme signal d'excitation de l'actionneur. De manière préférentielle, les mesures des transferts primaire et secondaire comporte les étapes suivantes : - une première mesure, qui est une mesure du transfert 30 primaire, avec le moteur tournant au ralenti, - le moteur étant toujours tournant, on extrait de la valeur liée à l'excitation de la source qu'on cherche à éliminer le signal sinusoïdal à la fréquence de l'harmonique principal, lequel signal est envoyé par l'actionneur, et on 35 effectue une seconde mesure, laquelle est une mesure de transfert dont la valeur est la somme des transferts primaire et secondaire à la fréquence de l'harmonique principal, - on déduit la valeur du transfert secondaire en faisant la différence entre ladite seconde mesure et ladite 5 première mesure. La présente invention fournit également un nouveau système de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur de véhicule, pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle décrit dans ses grandes lignes cidessus. Ce nouveau système comprend un actionneur qui émet un signal de contrôle antivibratoire, un calculateur qui génère le signal de contrôle antivibratoire d'excitation de l'actionneur et calcule des coefficients d'un filtre auto adaptatif , un moyen de production d'un signal de contrôle 15 mesuré en un point de l'habitacle où les vibrations et bruits doivent être réduits, un moyen de production d'un signal de référence qui est filtré afin de générer le signal de contrôle antivibratoire envoyé à l'actionneur. De préférence, l'actionneur est un actionneur de type 20 batteur électromagnétique, placé sur la structure du véhicule. De préférence également, le moyen de production du signal de référence filtré afin de générer le signal de contrôle antivibratoire envoyé à l'actionneur est le GMP 25 lui-même. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de 30 dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, le principe d'un système de contrôle antivibratoire pour traiter les vibrations d'un GMP, selon l'art antérieur, - la figure 2 représente, de manière schématique, le 35 principe d'un système de contrôle antivibratoire pour traiter les vibrations d'un GMP, selon la présente invention, et - la figure 3 représente, de manière schématique, le principe de l'algorithme utilisé dans le filtre du système, selon la présente invention. En référence au dessin de la figure 1, un système de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur, référencé GMP, d'un véhicule, selon l'art antérieur, présente une architecture qui comprend au moins les éléments suivants . - un actionneur 1 qui peut être placé de préférence 10 sur la structure du véhicule, - un calculateur 2 qui génère les signaux de contrôle antivibratoire S envoyés à l'actionneur 1 (le calculateur effectue les calculs des coefficients d'un filtre dit auto adaptatif parce qu'ils sont fonction de nombreux 15 paramètres en temps réel), - un signal de contrôle Sc, mesuré en un point Pc de l'habitacle (c'est en ce point Pc que l'on souhaite réduire les vibrations et le bruit), - un signal de référence Sr, dont le rôle est d'être 20 filtré afin de générer le signal S de contre vibration envoyé à l'actionneur. L'actionneur antivibratoire 1 est un actionneur connu en soi, piloté, de type batteur électromagnétique. La structure du véhicule, mise en vibration par le moyen d'un 25 système tel que décrit ci-dessus, génère des contre vibrations CV qui annulent ou atténuent les vibrations d'origine V. Il en résulte au point Pc une vibration moindre ou nulle qui est la vibration résultante VR des vibrations V et CV. 30 Le dessin de la figure 2 représente, de manière schématique, le principe d'un système de contrôle antivibratoire pour traiter les vibrations d'un GMP, selon la présente invention. Le groupe GMP émet une vibration V que l'on cherche à 35 atténuer ou annuler au point de contrôle Pc. La contre vibration CV est émise par un actionneur 1 activé par un signal de contrôle antivibratoire S. La vibration résultante est VR au point de contrôle Pc. Une mesure de l'état du véhicule, à savoir du régime moteur, de la charge moteur, de la position de la boîte de vitesse, est effectuée. Elle conduit à définir différents états du véhicule El, E2, E3, E4, etc. A chaque état en cours correspond une cartographie Cl, C2, C3, C4, etc., qui est chargée dans le calculateur 2. pour traiter le signal de référence Sr venant de la source du signal de référence vibratoire 3. Le système est mis en route avec la cartographie chargée. Mais pour éviter de générer une charge de calcul trop élevée, selon la présente invention il n'y a pas mise en route du système auto adaptatif, avec calculs en temps réel des coefficients. L'algorithme utilisé dans le calculateur 2 est illustré par le schéma de la figure 3. Le groupe motopropulseur GMP est monté sur la structure (caisse) du véhicule non représentée seulement de manière schématique en 4. L'actionneur (batteur électromagnétique, de préférence) est représenté en 1. Au préalable, il importe de noter qu'il existe deux types de transferts : - un premier type de transfert, désigné transfert primaire et référencé TP, qui représente la réponse entre le GMP et le point de contrôle Pc. Cette réponse TP n'est généralement pas connue parce que l'excitation (le GMP pour les vibrations) a une réponse non linéaire et difficilement modélisable, et - un second type de transfert, désigné transfert secondaire et référencé TS, qui représente la réponse entre l'actionneur 1 et le point de contrôle Pc. Cette réponse TS se mesure facilement parce que la commande de l'actionneur 1 est connue et maîtrisée et qu'il suffit pour une excitation imposée de mesurer la réponse du point de contrôle Pc pour connaître TS. Pour cette raison, il y a un accéléromètre de contrôle 5 au point de contrôle Pc. Un accéléromètre de référence 6 est monté sur le GMP. L'algorithme utilisé dans le composant filtre du calculateur est un algorithme de type algorithme LMS (acronyme de Least Mean Square ) ou algorithme dit des moindres carrés , qui nécessite la connaissance du transfert secondaire TS. Sous forme matricielle, le système est décrit par la formule suivante . e = TP x r -(TS x W x r) = (TP -TS x W) x r dans laquelle : r est une référence à l'excitation de la source, à savoir le signal le plus représentatif de la vibration ou du bruit que l'on cherche à éliminer, e est l'erreur que l'on souhaite nulle. C'est à ce point que l'énergie vibratoire ou le bruit sera nul dans l'habitacle du véhicule, W représente les coefficients du filtre auto adaptatif. Ce sont ces coefficients dont les valeurs évoluent dans en temps réel et qui nécessitent du temps de calcul, TP et TS sont les transferts primaire et secondaire déjà mentionnés précédemment. L'erreur e est nulle lorsque TP - TS x W est nul. 25 Comme TP est généralement inconnu, les coefficients W vont tendre vers la valeur finale suivante : W = TP/TS Avec tous les problèmes de stabilité engendrés par l'inversion matricielle de TS. 30 De manière connue en soi, et pour cette raison non décrite dans tous ses détails, il existe plusieurs possibilités pour modéliser W, de telle sorte que sa valeur converge bien. On utilise pour cela, de préférence, un algorithme LMS en prenant W sous la forme d'un FIR (acronyme 35 anglais pour Réponse Impulsionnelle Finie ). Le calcul de W en temps réel répond à l'équation suivante : W (N+i) - W (N) 2 x x TS x r (N) X e (N) dans laquelle : - est le coefficient de convergence. C'est une constante qu'il faut régler de manière très précise. Si cette constante est trop grande, le système est instable. Si cette constante est trop petite, le système converge extrêmement lentement. - N est l'indice temporel. Pour connaître un coefficient W à l'instant N + 1, il faut connaître celui de l'instant N précédent, ainsi que les valeurs de r et e à cet instant N précédent. - le transfert secondaire TS, qui a été mesuré précédemment avant la phase d'auto adaptation, est une constante. La valeur de TP n'est pas connue. Le rôle de W est de tendre vers le rapport TP/TS. Il faut, par conséquent, un calcul de W en temps réel pour estimer la valeur de TP et obtenir ensuite une erreur nulle. C'est une caractéristique importante de la présente invention de ne plus avoir à calculer en temps réel les coefficients W, comme on vient de le décrire ci-dessus dans le principe connu. Pour cela, le moteur ou GMP du véhicule est utilisé lui-même comme excitateur connu . Cette caractéristique permet, entre autres avantages, d'avoir un système très stable, avec un temps de réponse très court et adapté à chaque véhicule équipé. Le procédé selon la présente invention repose sur le 30 principe suivant . - on mesure le transfert primaire TP, qui d'habitude est inconnu, comme cela a déjà été mentionné, - on mesure le transfert secondaire TS, ce qui est fait de toute manière, 35 - on en déduit W, qui est une constante. Il n'y a plus à calculer en temps réel les coefficients W parce que ceux-ci sont constants. En opposition à la remarque faite précédemment sur l'impossibilité de mesurer le transfert primaire, cela est rendu possible du fait que, selon la présente invention, il n'est traité qu'une seule fréquence, qui est la fréquence de l'harmonique qui prédomine dans le ralenti moteur. Le système de contrôle antivibratoire selon la présente invention traite les vibrations du plancher, des sièges et du volant uniquement au ralenti moteur, c'est-à-dire les vibrations qui constituent le problème le plus important des moteurs Diesel BVA (Boîte de Vitesse Automatique). Le système de contrôle antivibratoire de la présente invention repose également sur le principe établi que les moteurs thermiques génèrent des vibrations et des bruits à des harmoniques bien définis. Pour un moteur 4 cylindres, le principal harmonique est l'harmonique 2N ou harmonique 2 du régime de rotation du vilebrequin. Le signal mesuré par le point de contrôle Pc est donc quasi exclusivement constitué d'un seul signal sinusoïdal 2N modifié par le transfert primaire TP qu'il suffit de déduire. De même, pour mesurer le transfert secondaire TS, il suffit d'envoyer par l'actionneur 1 un signal sinusoïdal mesuré par le point de contrôle. On en déduit Le transfert secondaire TS. TP et TS étant estimés, il suffit de calculer une 25 seule fois W égal au rapport TP/TS, et de stocker cette valeur dans le calculateur 2. Tous les véhicules équipés de contrôle antivibratoire peuvent être mesurés en sortie de chaîne et avoir, de cette façon, un traitement optimal. Les transferts étant mesurés, 30 et toutes les valeurs du calculateur étant des constantes, la charge de calcul du calculateur est du même ordre de grandeur que s'il s'agissait d'un procédé de contrôle cartographique ; elle est, par conséquent, minimale pour un système piloté, et le temps de réponse est optimal. 35 De manière idéale, la mesure des deux transferts TP et TS devrait se faire de la façon suivante : - mesure du transfert primaire TP avec le moteur tournant au ralenti, et - mesure du transfert secondaire TS avec le moteur coupé et l'actionneur générant son signal sinusoïdal. Une telle procédure avec arrêt et redémarrage du moteur est toutefois contraignante dans un processus de production automobile. De plus, la fréquence du signal émis par l'actionneur risque d'être légèrement différente de celle du moteur, ce qui rendrait inexploitable la mesure de TS. Selon un autre aspect de la présente invention, les deux mesures de TP et TS sont effectuées l'une après l'autre avec le moteur tournant. Les deux mesures sont, par conséquent, effectuées en ligne. De plus, on utilise dans ces mesures en ligne l'harmonique du moteur lui- même comme signal d'excitation de l'actionneur. Ainsi, le procédé de mesure des transferts est le suivant . - on mesure le transfert primaire TP avec le moteur 20 tournant au ralenti ; ce qui à pour résultat une première valeur de mesure M1, - le moteur étant toujours tournant, on extrait de la valeur r (excitation de la source qu'on cherche à éliminer) le signal sinusoïdal à la fréquence 2N, lequel signal est 25 envoyé par l'actionneur 1. Le transfert mesuré est alors une valeur M2, qui est la valeur de TP + TS à la fréquence de l'harmonique 2N, - on déduit la valeur de TS, en faisant la différence M2 - M1 des deux mesures précédentes. 30 Le procédé selon la présente invention est adapté à la production automobile, mais sans calcul en temps réel comme dans les procédés connus de l'art antérieur, et par conséquent obligatoirement stable. La charge de calcul est faible, contrairement aux 35 systèmes auto adaptatifs de l'art antérieur, ce qui rend le procédé de l'invention peu coûteux, notamment par une forte réduction de la taille des mémoires et la simplification des algorithmes de calcul. Le procédé selon la présente invention étant équivalent en terme de charge de calcul à un système cartographié, le temps de réponse est minimal, parce qu'il ne nécessite aucun calcul de mise à jour de coefficient interne à la fonction. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle antivibratoire et antibruit pour un groupe motopropulseur de véhicule, par génération au moyen d'un actionneur (1) d'une contre vibration (CV) pour diminuer ou annuler les vibrations et les bruits d'origine (V) en un point de contrôle de l'habitacle (Pc) du véhicule, caractérisé en ce que l'on utilise le groupe motopropulseur lui-même pour source d'un signal de référence (Sr), lequel signal de référence (Sr) étant filtré pour obtenir un signal de contre vibration (S) envoyé audit actionneur, et en ce que l'on calcule les coefficients de filtre (W) sous formes de constantes pour un état du véhicule donné à partir de la mesure des transferts entre le groupe motopropulseur, respectivement l'actionneur, et ledit point de contrôle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un coefficient de filtre (W) est une constante obtenue par les étapes suivantes : -mesure du transfert entre le GMP et le point de 20 l'habitacle (Pc) -appelé transfert primaire (TP), - mesure du transfert entre l'actionneur (1) et le point de l'habitacle (Pc) - appelé transfert secondaire (TS), -et rapport entre les deux mesures (TP/TS) pour 25 obtenir le coefficient de filtre (W). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les vibrations et bruits d'origine (V) traités sont essentiellement des vibrations et bruits à la fréquence du principal harmonique du régime de 30 rotation du vilebrequin du moteur du GMP. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure du transfert primaire (TP) est obtenue par déduction à partir de la mesure du signal sinusoïdal dudit principal harmonique mesuré au point 35 de contrôle (Pc). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la mesure du transfert secondaire(TS) est obtenue également en envoyant par l'actionneur (1) un signal sinusoïdal qui est mesuré au point de contrôle (Pc). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que les mesures des transferts primaire (TP) et secondaire (TS) sont effectuées en ligne au cours du processus de production automobile, en utilisant l'harmonique du moteur GMP lui-même comme signal d'excitation de l'actionneur (1). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les mesures des transferts primaire (TP) et secondaire (TS) comporte les étapes suivantes : - mesure (Ml) du transfert primaire (TP) avec le moteur tournant au ralenti, - le moteur étant toujours tournant, on extrait de la valeur (r) liée à l'excitation de la source qu'on cherche à éliminer le signal sinusoïdal à la fréquence de l'harmonique principal, lequel signal est envoyé par l'actionneur (1), et on effectue une mesure du transfert (M2), laquelle est alors la valeur de la somme des transferts primaire (TP) et secondaire (TS) à la fréquence de l'harmonique principal, - on déduit la valeur du transfert secondaire (TS) en faisant la différence (M2 - Ml) des deux mesures précédentes (Ml, M2). 8. Système de contrôle antivibratoire et antibruit pour Groupe Moto Propulseur - dit GMP - de véhicule, pour la mise en oeuvre d'un procédé de contrôle conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur (1) qui émet un signal de contrôle antivibratoire (CV), un calculateur (2) qui génère le signal de contrôle antivibratoire (S) d'excitation de l'actionneur (1) et calcule des coefficients d'un filtre (W) auto adaptatif, un moyen de production d'un signal de contrôle (Sc) mesuré en un point de l'habitacle (Pc) où les vibrations et bruits doivent être réduits, un moyen de production d'un signal de référence (Sr) qui est filtré afinde générer le signal de contrôle antivibratoire (S) envoyé à l'actionneur (1). 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit actionneur (1) est un actionneur de type batteur électromagnétique, placé sur la structure du véhicule. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de production dudit signal de référence (Sr) filtré afin de générer le signal de contrôle antivibratoire (S) envoyé à l'actionneur (1) est le moteur du GMP lui-même.