Brevet FR3007084A1 — publié le 20141219

MACHINE HYDRAULIQUE COMPORTANT DES CYLINDRES DISPOSANT D'OUVERTURES DECALEES ANGULAIREMENT La présente invention concerne une machine hydraulique comportant plusieurs pistons coulissant dans des cylindres, un procédé de calcul des ouvertures du collecteur de cette machine, ainsi qu'un véhicule hybride équipé d'une telle machine hydraulique. Un type de machine hydraulique à barillet connu, présenté notamment par le document US-A-5358388, comporte un arbre d'entrée motorisé qui entraîne en rotation un barillet disposant d'une succession de plusieurs cylindres parallèles régulièrement répartis autour de l'axe de cet arbre. Chaque cylindre reçoit un piston prenant appui axialement d'un côté appelé par convention côté avant, sur un plateau inclinable qui est fixe en rotation, par l'intermédiaire d'un roulement formant une butée axiale. Un tour de rotation du barillet donne à chaque piston un mouvement suivant un cycle complet comprenant une course dépendant de l'angle d'inclinaison du plateau, qui est réglable par une commande d'inclinaison. On peut aller ainsi d'une cylindrée nulle avec le plateau inclinable perpendiculaire à l'arbre, à une cylindrée maximale avec la plus forte inclinaison de ce plateau. La face arrière du barillet, opposée au plateau inclinable, est en appui sur une platine circulaire fixe qui ferme l'extrémité des cylindres, afin d'assurer une étanchéité. La platine comporte un collecteur basse pression et un collecteur haute pression formant chacun un arc de cercle se trouvant en face d'une série de cylindres, ces collecteurs étant séparés par un espace suffisant afin que chaque cylindre se ferme sur un des collecteurs avant de s'ouvrir sur l'autre. Avec ces machines à pistons, chaque ouverture d'un cylindre sur un des collecteurs génère un choc de pression dans le cylindre qui se répercute par le piston sur le plateau inclinable, en produisant des vibrations de la machine causant des émissions sonores. On a alors des émissions sonores avec une fréquence principale correspondant au nombre de cylindres multiplié par la vitesse de rotation de la machine, ainsi que des fréquences harmoniques multiples de cette fréquence principale, qui génèrent un bruit similaire à celui d'une sirène. Pour limiter les émissions sonores certaines ouvertures des extrémités de cylindre en appui sur la platine, comportent par rapport à leurs cylindres, un petit décalage angulaire tangent au sens de rotation, qui est limité à quelques degrés. En particulier certaines ouvertures sont alignées sur le cylindre, sans décalage, d'autres sont suivant le sens de rotation du barillet, un peu en avance ou en retard par rapport à leurs cylindres, et d'autres plus en avance ou plus en retard par rapport à leurs cylindres. On a ainsi à l'intérieur d'une plage totale de réglage du décalage centrée sur l'axe du cylindre, différents degrés de décalage comprenant un décalage nul, des décalages faibles d'un côté ou de l'autre, et des décalages importants d'un côté ou de l'autre. Le document d'art antérieur cité ci-dessus permet pour ce type de machine, une réduction de certaines fréquences propres d'émission sonore, due à une relative irrégularité des périodes successives entre les ouvertures ou les fermetures de chaque cylindre vers les collecteurs. Toutefois des essais montrent que la réduction des émissions sonores n'est pas suffisante, en particulier pour des applications dans un véhicule hybride comprenant des pompes et des machines hydrauliques tournant à des vitesses relativement élevées, qui permette de stocker une énergie hydraulique dans des accumulateurs de pression, et de la restituer par la suite pour économiser l'énergie. De plus dans ces véhicules la signature du bruit émis par ce type de machine donnant l'effet d'une sirène, est très différente de celle émise par le moteur thermique. Ces bruits sont désagréables, et le conducteur ainsi que l'entourage peuvent être perturbés, notamment dans le cas d'un roulage en mode hybride qui peut passer alternativement et de manière automatique, d'une traction avec le moteur thermique à une traction avec la machine hydraulique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet une machine hydraulique comportant un barillet entraîné en rotation par un arbre d'entrée, comprenant des cylindres répartis autour de l'axe, recevant chacun un piston coulissant en fonction de la rotation de l'arbre, chaque cylindre débouchant par une ouverture sur une face transversale du barillet en appui sur une platine circulaire disposant de collecteurs d'entrée et de sortie, les ouvertures comportant par rapport à leurs cylindres, des décalages angulaires compris à l'intérieur d'une plage totale de décalage, caractérisée en ce que les décalages des ouvertures sont disposés à l'une ou à l'autre extrémité de cette plage de décalage. Un avantage de cette machine hydraulique est que l'on obtient de manière simple pour une plage totale de décalage angulaire choisie, quand le décalage change de côté, un décalage maximum d'une ouverture à l'autre équivalant à la plage totale. Des mesures et des essais ont montré que ce type de décalage le plus important possible, disposé de manière irrégulière sur un cycle complet de la machine hydraulique, donne les meilleurs résultats en ce qui concerne la diminution du niveau sonore ainsi que la signature du bruit qui se rapproche de celle d'un moteur thermique. La machine hydraulique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la plage totale de décalage des ouvertures est comprise entre 2 et 4°. En particulier, la plage de décalage pour chaque cylindre peut être centrée sur l'axe du cylindre correspondant. Selon un mode de réalisation, la machine hydraulique comporte 30 plusieurs pistons, par exemple 7 ou 9, comprenant des décalages d'ouverture d'un côté ou de l'autre de la plage de décalage, qui suivent la séquence suivante pour un décalage noté « 0 » d'un côté et « 1 » de l'autre : 1 ;0;0;1 ;0;1 ;1 ;1 ;0. L'invention a aussi pour objet une méthode de calcul d'une séquence de décalage des ouvertures pour une machine hydraulique comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui utilise une méthode de brouillage de séquence du type « Scrambler ». Avantageusement, la méthode de calcul applique un procédé de calcul additif, transformant la séquence de données d'origine en une séquence qui applique un ordre binaire pseudo-aléatoire du type « PRBS », par l'addition 10 de modules deux à deux. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile hybride disposant d'au moins une machine hydraulique utilisée pour la traction, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 15 avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine hydraulique à pistons axiaux ; 20 - la figure 2 est une vue de la face arrière d'un barillet pour ce type de machine, comprenant des ouvertures sans décalage angulaire ; - la figure 3 est une vue de la face arrière d'un barillet pour ce type de machine, comprenant des ouvertures avec des décalages angulaires selon l'invention ; et 25 - les figures 4 à 6 présentent successivement pour une machine comprenant des ouvertures sans décalage angulaire, des ouvertures avec un décalage angulaire calculé selon une première méthode, et avec un décalage angulaire calculé selon une deuxième méthode, en haut le niveau d'excitation en fonction du temps des circuits haute et basse pression, et au 30 milieu et en bas en fonction de la fréquence, respectivement le niveau d'excitation pour le circuit haute pression, et pour le circuit basse pression. La figure 1 présente une machine hydraulique 1 pouvant tourner dans les deux sens de rotation, comprenant un corps globalement cylindrique 2 fermé du côté arrière par un couvercle 4. Le corps 2 et le couvercle 4 supportent chacun un roulement à rouleaux coniques 8, qui guide un arbre d'entrée 6 disposé suivant l'axe de ce corps. Un barillet 12 lié en rotation à l'arbre d'entrée 6, comporte neuf cylindres 14 disposés parallèlement à l'axe, qui sont régulièrement répartis autour de cet axe. Chaque cylindre 14 contient un piston 16 dont l'extrémité avant présenté par la flèche « AV », prend appui par une butée axiale 18 sur un plateau inclinable 20 qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre d'entrée 6, sous l'effet d'un vérin hydraulique de commande 22 et d'un ressort de rappel 26. La face arrière du barillet 12 prend appui sur une platine circulaire transversale 24 maintenue par le couvercle 4, pour fermer l'ouverture arrière des cylindres 14. La platine 24 comporte un collecteur basse pression et un collecteur haute pression formant chacun un arc de cercle couvrant un peu moins de la moitié des positions des cylindres 14. La figure 2 présente la face arrière d'un barillet 12 comprenant neuf cylindres 14 présentés chacun par un cercle en pointillé, qui sont disposés avec un espacement angulaire régulièrement réparti autour de l'axe principal de la machine. Chaque cylindre 14 comporte une ouverture 30 débouchant sur cette face arrière du barillet 12, qui est parfaitement alignée sur son cylindre. On obtient ainsi lors de la rotation du barillet 12, une période entre chaque communication d'un cylindre 14 avec un collecteur par son ouverture 30, qui est constante. Chaque figure 4 à 6 présente sur le premier graphique en fonction du temps, les courbes de pression des circuits haute pression 40 et basse 30 pression 42, comprenant une courbe périodique comportant une fréquence d'oscillation principale correspondant à la fréquence première de la machine, ainsi que des harmoniques qui se superposent sur cette fréquence principale. Le deuxième graphique de ces figures présente pour le circuit haute pression et le troisième graphique présente pour le circuit basse pression, le niveau d'excitation 44, 46 en fonction de la fréquence. Pour la figure 4, on constate que pour chacun des circuits on obtient des raies d'excitation 44, 46 se distinguant nettement, qui sont réparties sur toute la largeur du spectre sonore. Il en résulte un bruit de sirène prononcé, qui est nettement différent de celui émis par un moteur thermique. La figure 3 présente la face arrière d'un barillet 12 comprenant des ouvertures 30 qui sont toutes décalées angulairement par rapport à leurs cylindres 14, avec une disposition qui est à chaque fois à une extrémité d'une plage angulaire totale de décalage. On a donc deux groupes d'ouvertures 30 identiques entre elles, comprenant un décalage angulaire d'un côté ou de l'autre de leurs cylindres 14. Le décalage de chaque ouverture 30 est noté par le chiffre « 1 » quand il s'agit d'un décalage négatif dans le sens de rotation du barillet 12 indiqué par la flèche, et « 0 » quand il s'agit d'un décalage positif. On obtient en partant d'une position de départ D, la séquence suivante pour le décalage 20 des ouvertures 30 de cette machine hydraulique comprenant neuf cylindres : 1 ; 0 ; 0 ; 1 ; 0 ; 1 ;1 ;1 ;0. Ces décalages angulaires donnent des variations irrégulières de la période entre deux mises en communication successives des cylindres 14 avec un même collecteur, qui ne se renouvellent pas à l'intérieur de ce cycle. 25 On prend les décalages maximum autorisés dans chaque sens pour les pistons à l'approche du point mort ou bas, sans risquer de problème de cavitation entraîné par des dépressions trop fortes, pour déterminer la plage totale de décalage. On utilise ensuite la largeur totale de cette plage pour créer les décalages angulaires maximum d'une ouverture à la suivante. On 30 notera qu'une plage de décalage plus importante donne des meilleurs résultats pour l'atténuation des bruits de sirènes. En pratique la plage de décalage avantageusement comprise entre 2 et 4°, peut être centrée ou décalée sur l'axe du cylindre 14. On obtient par exemple pour une plage totale de 2° des décalages wivant : -1 °/+1 ° ou 0.5°/+1.5°, et pour une plage totale de 4° des déct::ges suivant : -10/+3° ou - 2°I+2°. En particulier un bon résultat est obtenu avec une plage totale de 4° centrée sur l'axe du cylindre, qui donne des décalages de -2°I+2°. D'une manière générale, on peut appliquer le même procédé sur une autre machine comprenant un nombre différent de pistons. Afin de déterminer les séquences de décalage des ouvertures donnant les meilleurs résultats concernant l'intensité et la signature des émissions sonores, un grand nombre de combinaisons ont été étudiées par les inventeurs. La méthode de brouillage de séquence appelée méthode « Scrambler », a été identifiée comme donnant les meilleurs résultats pour éliminer les bruits de sirène avec ses harmoniques, et approcher la signature sonore émise par un moteur thermique. La méthode Scrambler est employée pour éliminer la dépendance du spectre de puissance acoustique au signal réel de départ, qui émet le bruit de sirène de la machine hydraulique, en le rendant plus dispersé pour étaler au maximum l'énergie acoustique des pics de fréquence sur une bande de fréquence plus large. Ce procédé réduit le niveau énergétique des fréquences émergentes donnant le bruit de sirène. Il existe plusieurs méthodes de Scrambler. Une première méthode comprenant un procédé de calcul additif, transforme la séquence de données d'origine en une séquence pseudo-aléatoire, qui applique un ordre binaire pseudo-aléatoire appelé « PRBS » pour « Pseudo Random Binary Sequence », par l'addition de modules deux à deux. Une autre méthode de Scrambler comportant un procédé de calcul multiplicatif, exécute une multiplication du signal d'entrée par une fonction de transfert de Scrambler, pour donner des systèmes linéaires discrets. La figure 5 présente les résultats d'analyse pour une machine hydraulique utilisant la méthode de Scrambler sans ordre binaire pseudoaléatoire « PRBS », comprenant le procédé multiplicatif, et la figure 6 présentent les mêmes résultats pour une machine hydraulique utilisant la méthode de Scrambler avec l'ordre binaire pseudo-aléatoire « PRBS » comprenant le procédé additif. On note que le deuxième et le troisième graphique de la figure 5 présente des successions de pics de fréquence formant des peignes, qui sont nettement plus détachés que ceux présentés par les mêmes graphiques de la figure 6. Le bruit de sirène avec l'ordre binaire pseudo-aléatoire « PRBS » comprenant le procédé additif est plus atténué, cette méthode donne de meilleurs résultats. La méthode « PRBS » donne une séquence binaire comprenant une suite de bits 0 ou 1 présentant un caractère pseudo-aléatoire, la valeur de chacun des éléments est indépendante de celle des autres. Cependant cette suite se renouvelle à chaque cycle de rotation de la machine, il s'agit donc d'une suite périodique, ce qui la rend déterministe. Il existe plusieurs types de calcul pour la méthode « PRBS », qui donnent les séquences suivantes pour des machines comprenant entre trois et vingt pistons. En particulier pour la machine à neuf pistons présentée ci-dessus, le type de calcul « PRBS 23» comprenant la séquence « 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 », a donné des bons résultats. Pour le type de calcul « PRBS 23 », on obtient les résultats suivants : 30 3 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 4 pistons : 1 ;1 ;1 5 pistons : 1 ;1 6 pistons : 1 7 pistons : 1 8 pistons : 1 9 pistons : 1 10 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 11 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 12 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 13 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 14 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 15 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 16 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 17 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 18 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 19 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 20 pistons : 1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 Pour un type de calcul « PRBS 24 », on obtient les résultats suivants : 3 pistons : 1 ;0 ;0 4 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 5 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 6 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 7 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 8 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 9 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 10 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 11 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 12 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 13 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 14 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 15 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 16 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 17 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 18 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 19 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 20 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;1 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 Pour un type de calcul « PRBS 25 », on obtient les résultats suivants : pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 10 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 4 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;1 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;1 6 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 7 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 8 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 9 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 11 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 12 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 13 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 14 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 16 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 ;1 ;0 ;0 ;0 17 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 18 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 19 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 pistons : 1 ;0 ;0 ;0 ;0 5 10 15 On obtient ainsi une solution n'ajoutant pas de coût supplémentaire 20 sur la machine, qui permet réduire le niveau des émissions sonores, et d'apporter à ces émissions une signature nettement plus agréable ne perturbant pas le conducteur dans un mode de fonctionnement hybride, donnant des passages successifs d'une motorisation à l'autre de manière transparente pour le conducteur et ses passagers.25 REVENDICATIONS1 - Machine hydraulique comportant un barillet (12) entraîné en rotation par un arbre d'entrée (6), comprenant des cylindres (14) répartis autour de l'axe, recevant chacun un piston coulissant (16) en fonction de la rotation de l'arbre, chaque cylindre débouchant par une ouverture (30) sur une face transversale du barillet en appui sur une platine circulaire (24) disposant de collecteurs d'entrée et de sortie, les ouvertures (30) comportant par rapport à leurs cylindres (14), des décalages angulaires compris à l'intérieur d'une plage totale de décalage, caractérisée en ce que les décalages des ouvertures (30) sont disposés à l'une ou à l'autre extrémité de cette plage de décalage. 2 - Machine hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plage totale de décalage des ouvertures (30) est comprise entre 2 et 4°. 3 - Machine hydraulique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la plage de décalage pour chaque cylindre (14) est centrée sur l'axe du cylindre correspondant. 4 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte neuf pistons (16) comprenant des décalages d'ouverture (30) d'un côté ou de l'autre de la plage de décalage, qui suivent la séquence suivante pour un décalage noté. « 0 » d'un côté et « 1 » de l'autre : 1 ; 0 ; 0 ; 1 ; 0 ; 1 ; 1 ; 1 ;0. 5 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisée en ce que la séquence de décalage des ouvertures (30) est déterminée selon une méthode de calcul utilisant une méthode de brouillage de séquence du type « Scrambler ». 6 - Machine hydraulique selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite méthode de calcul comporte un procédé de calcul additif, 30 transformant la séquence de données d'origine en une séquence quiapplique un ordre binaire pseudo-aléatoire du type « PRBS », par l'addition de modules deux à deux. 7 - Véhicule automobile hybride disposant d'au moins une machine hydraulique utilisée pour la traction, caractérisé en ce que cette machine est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.