Brevet FR2904076A1 — publié le 20080125

Dispositif anti-vibratoire destiné à un véhicule, tel qu'un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif générant des contre-vibrations pour atténuer des vibrations transmises à une structure par une source de vibrations. La structure est en particulier la caisse d'un véhicule, et la source de vibrations est le moteur de ce véhicule, notamment lorsqu'il tourne au ralenti. Afin de limiter les vibrations de la structure d'un véhicule, dispositif étant fixé Ce dispositif comprend deux arbres moteurs entraînés il est connu du document FR 2 857 072 un générant des contre-vibrations, ce dispositif à la caisse du véhicule. en sens balourd. inverse à la même vitesse et portant chacun un Ce dispositif permet de compenser des vibrations selon une orientation prédéterminée qui est inscrite dans un plan de symétrie des deux arbres moteurs. L'amplitude des contre-vibrations peut être pilotée avec une cale à rigidité variable interposée entre le dispositif et la caisse. Plus particulièrement, la cale utilisée est une cale comprenant un fluide magnéto-rhéologique. Cependant, compte tenu de la multitude de pièces mobiles dans un moteur thermique, celui-ci peut générer des vibrations selon une orientation pouvant varier d'un exemplaire de moteur à l'autre, ou pouvant varier avec son régime de rotation ou avec d'autres variables. Afin de compenser des vibrations selon une orientation variable ou paramétrable, le document EP 0 886 081 propose d'utiliser une première et une seconde paire d'arbres moteurs. Dans ce dispositif, les arbres d'une paire tournent à la même vitesse, en sens inverse, et portent chacun un balourd 5 de manière à générer des contre-vibrations sur un axe inscrit dans le plan de symétrie des deux arbres. Les moteurs sont disposés de telle manière que les 2904076 2 axes de la première paire de moteurs et les axes de la seconde paire de moteurs sont perpendiculaires l'un à l'autre. L'orientation des contre-vibrations résultante peut 5 être ajustée en jouant sur la différence de phase entre les contre-vibrations générées sur le premier axe et celles générées sur le second axe. Ce dispositif nécessite des éléments constitutifs lourds, volumineux et relativement coûteux. 10 Le but de l'invention est de proposer une conception de dispositif anti-vibratoire capable de générer des contre-vibrations selon une direction variable ou paramétrable, et ayant un coût de fabrication réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de 15 compensation de vibrations, telles que les vibrations générées par un moteur thermique de véhicule automobile, en générant des contrevibrations avec un moteur électrique dont l'arbre moteur porte un balourd, dans lequel le moteur est piloté pour avoir une vitesse qui ondule périodiquement 20 autour d'une valeur moyenne, selon une période valant la moitié de la période de révolution du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur est piloté pour avoir une vitesse qui ondule sinusoïdalement autour d'une vitesse moyenne. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise un moteur triphasé, et dans lequel l'ondulation est obtenue en déséquilibrant les courants d'alimentation du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les 30 courants d'alimentation du moteur sont déséquilibrés en amplitude. L'invention a également pour objet un dispositif de compensation des vibrations comprenant un moteur électrique dont l'arbre moteur porte un balourd et des moyens de mise 35 en oeuvre du procédé caractérisé précédemment. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un capteur délivrant un signal 2904076 3 représentatif de la position de l'arbre moteur à tout instant, et des moyens de pilotage du moteur asservis sur le signal délivré par ce capteur pour obtenir une variation de la vitesse du moteur correspondant à un profil souhaité. 5 L'invention a également pour objet un système de compensation mécanique comprenant deux moteurs électriques dont les arbres moteurs sont orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et portent chacun un balourd, et des moyens de pilotage pour piloter chaque moteur 10 conformément au procédé caractérisé précédemment. L'invention sera maintenant décrite en détails, en référence aux figures annexées. - la figure 1 est un schéma en perspective d'un 15 dispositif de compensation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; la figure 2 est un schéma du dispositif de la figure 1 représentée en coupe transversale; la figure 3 est une représentation de l'évolution 20 dans le temps des courants d'alimentation du stator du dispositif de la figure 1; - la figure 4A est un schéma montrant le stator du dispositif de la figure 1 en coupe transversale; - la figure 4B est un schéma représentant le champ 25 magnétique total au niveau du stator du dispositif de la figure 1 à des instants différents de la révolution de l'arbre moteur du dispositif; la figure 5 est un schéma montrant l'arbre moteur du dispositif de la figure 1 en coupe transversale; 30 la figure 6 est un graphe représentatif du couple appliqué à l'arbre moteur du dispositif de la figure 1 en fonction de l'angle de la position angulaire de cet arbre moteur; la figure 7 est un schéma montrant en perspective 35 un agencement associant deux dispositifs de compensation mettant chacun en oeuvre le procédé selon l'invention. 2904076 4 Les figures 1 et 2 représentent une structure 1, telle qu'une caisse d'un véhicule automobile, à laquelle est fixée une source de vibrations, telle que le bloc moteur du véhicule automobile. 5 Sur la structure 1 est disposé un dispositif de compensation de ces vibrations comprenant un moyen de génération de contre-vibrations et un moyen de pilotage de ce dernier. Le moyen de génération des contre-vibrations est 10 constitué d'un moteur électrique 2 ayant un arbre moteur 4 portant un balourd 5 formant un angle î avec une direction verticale. Dans l'exemple des figures, le moteur électrique 2 est un moteur triphasé synchrone. Il est constitué, de façon 15 connue, d'un rotor 4 à aimants permanents 3, représenté sur la figure 5, et d'un stator bobiné 6. Tel que représenté sur la figure 4, le stator bobiné 6 comprend trois bobines statoriques destinées à être alimentées par des courants d'alimentation Ï r i2i i3 pour 20 générer un champ magnétique tournant Btot. Ce champ magnétique tournant résulte de trois composantes B1r B2, B3, engendrées chacune par un courant correspondant 12, 13. Comme visible dans la figure 4A, ces trois composantes sont décalées angulairement de 2n/3 25 les unes par rapport aux autres. Le champ magnétique tournant Btot provoque la rotation de l'arbre moteur 4 avec son balourd 5. Dans l'exemple illustré sur les figures, il est considéré qu'en fonctionnement, l'angle électrique est 30 sensiblement égal à l'angle mécanique î, c'est-à-dire que la position angulaire du balourd 5 correspond en permanence à l'orientation angulaire du champ magnétique tournant Btot• L'arbre moteur 4 est ainsi entraîné en rotation à la même vitesse que le champ magnétique tournant Btot, cette 35 vitesse étant proportionnelle à la fréquence des courants d'alimentation i l, i 2, 13. Selon l'invention, le procédé de compensation de 2904076 5 vibrations génère des contre-vibrations avec le moteur électrique 2 dont l'arbre moteur 4 porte le balourd 5, le moteur 2 étant piloté pour avoir une vitesse ondulée autour d'une valeur moyenne, avec une ondulation ayant une période 5 valant la moitié de la période de révolution du moteur. L'ondulation peut être obtenue en déséquilibrant en amplitude les courants d'alimentation 7 r i2i 13 du moteur électrique 2, tels que représentés sur la figure 3. Le fait d'augmenter l'amplitude de l'un des courants 10 d'alimentation ilr i2i i3 du moteur triphasé 2 par rapport à l'amplitude des deux autres courants permet de modifier le contour décrit par l'extrémité du vecteur champ magnétique tournant Btot comme illustré en figure 4B. Dans le cas où c'est l'amplitude du courant i 1 qui est 15 augmentée, comme représenté schématiquement en figure 3, l'intensité de la composante B1 est la plus importante. Le champ magnétique tournant Btot est alors maximal lorsque sa position angulaire correspond à l'orientation du champ B. Le contour décrit par l'extrémité du vecteur champ 20 magnétique tournant Btot a alors une forme elliptique orientée conformément au schéma de la figure 4B. Ainsi, en déséquilibrant l'alimentation triphasée du moteur 2, l'intensité du champ magnétique tournant Btot, au lieu d'être constante, varie au cours de chaque tour 25 effectué par l'arbre moteur 4 avec l'orientation angulaire de ce champ magnétique Btot. Ce champ magnétique Btot étant représentatif du couple C appliqué à l'arbre moteur 4, sa variation engendre une ondulation de ce couple C, et donc de la vitesse de rotation 30 de l'arbre moteur 4 au cours de chaque révolution. L'évolution de la vitesse de rotation de l'arbre moteur 4 en fonction de la position angulaire du balourd 5 est représentée en figure 6. Cette vitesse varie sinusoïdalement autour d'une 35 valeur nominale, selon une période valant la moitié de la période de rotation du moteur. Ainsi, durant un tour, la vitesse passe successivement 2904076 6 par un maximum, un minimum, un maximum et un minimum, espacés les uns des autres d'un quart de tour, ce qui constitue une vitesse ondulant autour d'une valeur moyenne. Comme visible dans la figure, durant un tour, les deux 5 maxima sont des même modules, et les deux minima sont aussi de mêmes modules, le champ magnétique Bt0 décrivant ainsi une ellipse. Le balourd 5 qui est solidaire de l'arbre moteur 4, est soumis à ces mêmes variations de vitesses, de sorte 10 qu'il est soumis à une force centrifuge qui passe elle-même par un maximum, un minimum, un maximum et un minimum, espacés les uns des autres d'un quart de tour. Grâce à ces variations de la vitesse du moteur, des contre-vibrations sont générées selon un axe correspondant à 15 l'axe des deux maxima, qui sont espacés l'un de l'autre d'un demi-tour. En modifiant les paramètres de l'ondulation de la vitesse du moteur, il est donc possible de décaler les positions angulaires des maxima pour ajuster l'orientation 20 de l'axe selon lequel sont générées les contre-vibrations. L'amplitude des contre vibrations peut elle aussi être ajustée, en modifiant l'amplitude des ondulations de la vitesse du moteur autour de la valeur moyenne. 25 L'intensité des contre-vibrations est d'autant plus élevée que l'amplitude de variation de la vitesse du moteur autour de la valeur moyenne est importante. Plus particulièrement, la force centrifuge subie par le balourd 5 étant une fonction quadratique de la vitesse de 30 rotation du moteur 2, l'augmentation de l'amplitude de variation de la vitesse du moteur se traduit par une augmentation quadratique de l'intensité des contre-vibrations. Ainsi, l'amplitude de la variation de la vitesse du 35 moteur 2, et donc l'intensité des contre-vibrations, est d'autant plus importante que le déséquilibre des amplitudes des courants d'alimentation est élevé. 2904076 7 Afin de compenser des vibrations engendrées dans la structure 1 par la source de vibrations, l'axe d'orientation des contre-vibrations ainsi que leur amplitude peuvent être déterminés et ajustés définitivement à partir du type de 5 véhicule et éventuellement à partir de mesures. Alternativement, l'axe d'orientation ainsi que l'intensité peuvent aussi être asservis en temps réel sur un capteur de vibrations fournissant des données représentatives de l'orientation et de l'intensité des 10 vibrations à compenser. En ce qui concerne la phase des vibrations à compenser, celle-ci peut être fournie aux moyens de pilotage du moteur 2 soit à partir d'un capteur, soit par exemple à partir de données représentatives du fonctionnement du 15 moteur 2 du véhicule. Les moyens de pilotage peuvent avantageusement être asservis sur un capteur délivrant un signal représentatif de la position du balourd 5 à tout instant. Un tel asservissement permet d'obtenir un profil de variation de 20 vitesse du moteur 2 correspondant à une valeur souhaitée déterminée par exemple à partir de l'orientation, de l'intensité et de la phase des vibrations à compenser. Pour ajuster l'axe d'orientation des contre-vibrations ainsi que leur amplitude, le moyen de pilotage génère un 25 signal de commande du moteur électrique 2 agissant sur l'amplitude des courants statoriques Ï r 12, 13 de telle sorte que les contre-vibrations engendrées aient la même fréquence que les vibrations émises par la source de vibration en étant en opposition de phase avec celles-ci. 30 Dans le cas où les vibrations à compenser sont générées selon un axe horizontal, repéré par Oy sur les figures, le dispositif doit générer des contre-vibrations orientées elles aussi selon l'axe horizontal Oy et en opposition de phase, ce qui est illustré sur la figure 4B. 35 Pour ce faire, les courants d'alimentation i 2, i 3 qui sont déphasés de 2n/3 les uns par rapport aux autres sont pilotés de telle manière que le courant i1 est nul et 2904076 8 croissant lorsque l'angle Oc est nul, et que son amplitude est supérieure à celle des courants i2 et i3. Ainsi, le courant i1 augmente à partir d'une valeur nulle lorsque le balourd 5 se déplace d'une position 5 verticale dans laquelle il forme un angle î nul jusqu'à une position pour laquelle î vaut n/2. Le courant i1 diminue lorsque le balourd 5 se déplace de la position pour laquelle c vaut n/2 jusqu'à une position pour laquelle î égal n. L'intensité de i1 est à nouveau nulle lorsque l'angle î est 10 égal à n. Les courants 12 et 13 suivent la même évolution sinusoïdale avec un retardement respectivement de 27t/3 et 4n/3 par rapport à i 1. Compte tenu du déséquilibre des amplitudes, le champ 15 magnétique tournant B t0t est maximal lorsque l'angle î vaut 7t/2 et minimal lorsque l'angle î vaut zéro ou 7t. Tel que représenté sur la figure 6, le couple C de l'arbre moteur 4 est maximal quand le champ magnétique B1 est maximal. 20 Ainsi, un tel pilotage des courants d'alimentation Ï r 12, 13 provoque une accélération du balourd 5 lorsque celui- ci se déplace entre î =0 et î =7t/2, puis un ralentissement lorsque le balourd 5 se déplace vers la position î =7t , puis une accélération lorsqu'il se déplace jusqu'à î=37t/2, puis 25 un ralentissement jusqu'à 27t. Un tel pilotage des courants d'alimentation Ï r i2, i3 permet donc de créer une contre-vibration selon un axe horizontal de façon à compenser des vibrations selon un axe horizontal. 30 Il est noter que les vibrations sont compensées grâce aux variations de la force centrifuge subie par le balourd 5. En effet, lorsque le champ magnétique tournant Bt0 est maximal, la vitesse du balourd 5 est maximale et, par conséquent, le champ d'inertie est maximal. 35 Ainsi, en se basant sur le repère xOy des figures, des vibrations orientées à +7t/2 sont compensées en augmentant l'amplitude du courant Ï r comme détaillé ci-dessus. 2904076 9 La compensation de vibrations orientées selon d'autres angles peut être obtenue en déphasant les trois courants d'alimentation ilr i2i i3 d'une même valeur correspondant à cet angle. Par exemple un déphasage de 7c/2 des trois 5 courants, permettra de compenser des vibrations orientées à +7G. D'autre part, il est à noter que la compensation de vibrations orientées à +77c/6 peut être obtenue simplement en augmentant l'amplitude du courant i2. La compensation de 10 vibrations orientées à +117c/6 peut quant à elle être obtenue en augmentant l'amplitude du courant i3. Enfin, la compensation de vibrations orientées selon des angles intermédiaires peut aussi être obtenue en augmentant l'amplitude de deux des trois courants 15 d'excitation i 2, i 3 . Un tel dispositif anti-vibratoire permet d'atténuer, selon deux dimensions, les vibrations engendrées dans une structure de véhicule par une source de vibrations telle qu'un moteur. 20 Du fait de l'emploi d'un seul moteur électrique 2, ce dispositif présente l'avantage d'être simple, léger et peu encombrant tout en étant réalisable de façon économique relativement aux dispositifs connus. 25 Selon une variante de réalisation, afin d'obtenir une contre-vibration permettant d'atténuer des vibrations engendrées dans une structure de véhicule selon trois dimensions, deux dispositifs selon l'invention peuvent être disposés sur la structure 1 en positionnant l'arbre moteur 4 30 du moteur 2 de l'un perpendiculairement à l'arbre moteur 4' du moteur 2' de l'autre, tels que représenté sur la figure 7. REVENDICATIONS 1. Procédé de compensation de vibrations, telles que les vibrations générées par un moteur thermique de véhicule automobile, en générant des contre-vibrations avec un moteur électrique (2) dont l'arbre moteur (4) porte un balourd (5), dans lequel le moteur (2) est piloté pour avoir une vitesse qui ondule périodiquement autour d'une valeur moyenne, selon une période valant la moitié de la période de révolution du moteur (2). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le moteur (2) est piloté pour avoir une vitesse qui ondule sinusoïdalement autour d'une vitesse moyenne. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 , dans lequel on utilise un moteur triphasé (2), et dans lequel l'ondulation est obtenue en déséquilibrant les courants d'alimentation (i 1i i 2, i 3) du moteur (2). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les courants d'alimentation (i 1, i 2, i 3) du moteur (2) sont 20 déséquilibrés en amplitude. 5. Dispositif de compensation des vibrations comprenant un moteur électrique (2) dont l'arbre moteur (4) porte un balourd (5) et des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes. 25 6. Dispositif selon la revendication 5, comprenant un capteur délivrant un signal représentatif de la position de l'arbre moteur (4) à tout instant, et des moyens de pilotage du moteur (2) asservis sur le signal délivré par ce capteur pour obtenir une variation de la vitesse du moteur 30 correspondant à un profil souhaité. 7. Système de compensation mécanique comprenant deux moteurs électriques (2, 2') dont les arbres moteurs (4,4') sont orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et portent chacun un balourd (5,5'), et des moyens de 35 pilotage pour piloter chaque moteur (2, 2') conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 4.