Brevet FR3008933A1 — publié le 20150130

PROCEDE DE LIMITATION DES VIBRATIONS SUR UN VEHICULE HYBRIDE HYDRAULIQUE pool La présente invention concerne un procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique, ainsi qu'un véhicule hybride mettant en oeuvre un tel procédé. [0002] Un type de transmission connu pour un véhicule automobile hybride hydraulique, présenté notamment par le document FR-A1-2973302, comporte un train planétaire comprenant une couronne reliée à un moteur thermique, un pignon solaire relié à une pompe hydraulique, et un porte- satellites relié par un premier manchon de synchronisation à un différentiel de sortie entraînant les roues motrices. [0003] Le train planétaire comporte un deuxième manchon de synchronisation qui réalise un blocage de ce train quand il est engagé, afin de faire tourner tous les éléments à la même vitesse. [0004] La transmission comporte de plus une entrée liée à une machine hydraulique pouvant travailler en moteur ou en pompe, qui peut être reliée au différentiel de sortie par deux rapports de démultiplication différents, commandés par un troisième manchon de synchronisation. [0005] On cherche notamment à utiliser ces machines à des points de fonctionnement optimums en fonction de la demande du conducteur, donnant les meilleurs rendements. [0006] Un mode de fonctionnement particulier appelé « mode dérivation », comporte un entraînement de la pompe par le moteur thermique suivant un rapport de démultiplication variable, afin de réaliser une augmentation de la vitesse de l'élément du train planétaire relié aux roues motrices, pour accélérer le véhicule. [0007] Les machines de ces véhicules hybrides hydrauliques tournant à des vitesses variables, constituent des sources d'excitation qui génèrent des vibrations à différentes fréquences. Ces sources d'excitation peuvent exciter les modes propres de certains composants du véhicule, en entraînant une amplification modale des vibrations de ces composants qui génère des bruits et des vibrations désagréables dans l'habitacle et vers l'extérieur. [000s] Pour limiter ces nuisances, une solution consiste à réduire les émissions des sources en modifiant les ensembles formés par ces sources. On peut par exemple réaliser un capotage des machines. Cependant cela entraîne généralement une complication de ces ensembles qui augmente l'encombrement, la masse ainsi que les coûts, et parfois diminue leurs performances. [0009] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0010] Elle propose à cet effet un procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique disposant d'une transmission reliant un moteur thermique, une pompe hydraulique et les roues motrices suivant différents modes de fonctionnement, comprenant un mode qui permet une variation du rapport de démultiplication entre la vitesse du moteur et celle de la pompe, caractérisé en ce qu'en fonction des fréquences d'excitation générées par le moteur et par la pompe, ainsi que des modes propres de certains composants du véhicule identifiés au préalable, lors d'une variation de la vitesse du véhicule, à l'approche d'une excitation correspondant à un mode propre d'un composant, il commande un changement du rapport de démultiplication qui éloigne cette excitation de ce mode propre. [0011] Un avantage de ce procédé de limitation est que l'on peut avec le changement du rapport de démultiplication, modifier de manière continue à la fois la fréquence d'excitation du moteur thermique et de la pompe, pour donner des nouvelles fréquences qui se trouvent éloignées du mode propre du composant en cause. On peut ainsi de manière économique, sans modification du moteur thermique et de la pompe hydraulique, avec seulement des adaptations des logiciels mis en oeuvre par le calculateur de contrôle du groupe motopropulseur, réduire les nuisances sonores et vibratoires. [0012] Le procédé de limitation selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0013] Selon un mode de réalisation, dans une première opération on réalise l'identification des modes propres des composants, puis l'identification de leurs modes d'amplification par le moteur thermique et la pompe, pour en déduire les plages fréquentielles critiques de ces composants. [0014] Dans une deuxième opération on réalise le suivi des excitations générées par le moteur thermique et la pompe, pour les comparer aux plages fréquentielles critiques. [0015] Selon un autre mode de réalisation, on réalise une détection d'une amplification modale des composants identifiés, sur le véhicule en 15 fonctionnement. [0016] En particulier on peut réaliser la détection d'amplification modale par un capteur de mesure des vibrations. [0017] Lors d'une accélération régulière du véhicule, le changement du rapport de démultiplication peut donner sur certaines plages de vitesse du 20 véhicule, des vitesses de rotation du moteur thermique qui restent constantes. [ools] En variante lors d'une accélération régulière du véhicule, le changement du rapport de démultiplication peut donner sur certaines plages de vitesse du véhicule, des vitesses de rotation de la pompe qui restent 25 constantes. [0019] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride disposant d'une transmission reliant un moteur thermique, une pompe hydraulique et les roues motrices suivant différents modes de fonctionnement, comprenant un mode qui permet une variation du rapport de démultiplication entre la vitesse du moteur et celle de la pompe, ce véhicule comportant des moyens mettant en oeuvre un procédé de limitation des vibrations comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0020] En particulier, la transmission peut comporter un train planétaire reliant le moteur thermique, la pompe et les roues motrices. [0021] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 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 un schéma présentant le principe de fonctionnement du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un graphique présentant en fonction de la vitesse du véhicule, pour différentes vitesses du moteur thermique, la fréquence d'excitation de la pompe hydraulique ; et - la figure 3 est un graphique similaire présentant la vitesse de rotation de la pompe à la place de sa fréquence d'excitation. [0022] La figure 1 présente le fonctionnement du procédé pour un véhicule hybride hydraulique comportant une transmission reliant entre eux un moteur thermique, une machine hydraulique de traction, une pompe hydraulique à cylindrée variable et les roues motrices, pour réaliser différents modes de fonctionnement qui optimisent la consommation d'énergie en fonction des demandes du conducteur. [0023] La transmission comporte en particulier un train planétaire reliant le moteur thermique, la pompe hydraulique et les roues motrices, pour dans un mode dérivation répartir le couple venant de ce moteur thermique entre les roues motrices, et la pompe qui délivre du fluide utilisé par le moteur hydraulique pour appliquer aussi un couple sur les roues motrices. [0024] On peut ainsi en fonction de la pression de sortie de la pompe, en réglant sa cylindrée variable, modifier le couple de freinage de cette pompe, ce qui donne un rapport de démultiplication variable entre la vitesse du moteur thermique et celle de la pompe. De manière connue on choisit parmi une infinité de points de fonctionnement celui qui va donner pour les demandes du conducteur, le meilleur compromis entre la consommation d'énergie et les émissions de gaz polluants. [0025] Le moteur thermique et la pompe génèrent des vibrations en fonction de leurs vitesses propres et de leurs harmoniques d'excitation, qui excitent en particulier certains composants du groupe moto propulseur. [0026] Le côté gauche du schéma de la figure 1, présente un premier principe de fonctionnement du procédé, comprenant une première opération 2 comportant l'identification des modes propres de composants de la chaîne de traction d'un véhicule hybride hydraulique, qui génèrent des bruits gênants. [0027] La première opération 2 comporte aussi par le calcul ou les mesures, l'identification des modes d'amplification de ces composants, par les excitations du moteur thermique et de la pompe. On en déduit les plages fréquentielles critiques du groupe motopropulseur qui correspondent à ces modes d'amplification, qu'il faut éviter. [0028] La deuxième opération 4 comporte le suivi des excitations générées 20 par le moteur thermique et la pompe, pour les comparer aux plages fréquentielles du groupe motopropulseur qui ont été identifiées comme critiques. [0029] La troisième opération 6 comporte la modification des vitesses du moteur thermique et de la pompe par un changement du rapport de 25 démultiplication entre ces deux éléments, en agissant sur différents paramètres de fonctionnement du groupe motopropulseur, afin de respecter la volonté du conducteur tout en s'éloignant des plages fréquentielles critiques. [0030] Le côté droit du schéma de la figure 1 présente un deuxième principe 30 de fonctionnement du procédé, comprenant une unique opération 8 de détection d'une amplification modale d'une excitation des composants identifiés, sur le véhicule en fonctionnement. [0031] On peut utiliser pour cette détection en particulier un capteur de mesure des vibrations comme un accéléromètre, avec un traitement du signal qui permet en fonction du type d'accélération mesurée, de définir le composant et son mode d'excitation qui est en cause. [0032] On réalise ensuite comme pour le premier principe de fonctionnement, la troisième opération 6 de modification du rapport de démultiplication entre les vitesses du moteur thermique et de la pompe pour s'éloigner des plages fréquentielles critiques, la mesure des vibrations permettant de confirmer le résultat obtenu. [0033] Les deux principes de fonctionnement du procédé, utilisant la connaissance des modes propres des composants et le suivi des excitations générées par le moteur thermique et la pompe, ou la détection des amplifications modales de ces composants par des capteurs, peuvent aussi être combinés entre eux. [0034] Les figures 2 et 3 présentent pour différentes vitesses de rotation du moteur thermique combinées à chaque fois avec un rapport de démultiplication fixé, en fonction de la vitesse du véhicule V exprimée en km/h, respectivement la fréquence d'excitation F exprimée en Hz, et la vitesse de rotation de la pompe 0 exprimée en trs/mn. [0035] On obtient pour chaque vitesse du moteur thermique, une courbe qui se trouve sensiblement suivant une droite comprenant une pente négative, qui correspond à une réduction de la vitesse de la pompe avec l'augmentation de la vitesse du véhicule. En effet on réalise avec le train planétaire en fonction du freinage de la pompe, une accélération de l'élément de sortie de ce train relié aux roues motrices du véhicule. [0036] On a en particulier en partant du côté gauche du graphique, une première droite 10 correspondant à une vitesse du moteur thermique de 30 1000tr/mn, une deuxième droite 12 correspondant à 1100tr/mn, une troisième droite 14 correspondant à 1200tr/mn, une quatrième droite 16 correspondant à 1300tr/mn, une cinquième droite 18 correspondant à 1500tr/mn, et une sixième droite 20 correspondant à 2000tr/mn. [0037] Les deux figures 2 et 3 présentent aussi des plages fréquentielles critiques, indiquées par les parenthèses notées A, B, C, D. [0038] Les plages fréquentielles comportent une première plage A allant de 11 à 25Hz correspondant au mode propre de l'ensemble du groupe motopropulseur fixé sur ses cales élastiques, une deuxième plage B comprise entre 15 et 25Hz correspondant au mode des roues motrices appelé « SHR » qui est une vibration horizontale des roues suivant l'axe longitudinal du véhicule, une troisième plage C comprise entre 25 et 35Hz correspondant au mode vibratoire de la boîte de vitesses, et une quatrième plage D correspondant au mode des roues motrices appelé « pseudo SHR » qui est une oscillation des roues autour de l'axe longitudinal. [0039] On constate que pour une accélération du véhicule allant de 10 à 44km/h, suivant la vitesse de rotation du moteur thermique, on peut exciter les différents modes propres des composants du groupe motopropulseur présentés ci-dessus. [0040] Le procédé réalise alors à l'approche d'une plage critique, une modification du rapport de démultiplication entre la vitesse de rotation du moteur thermique et celle de la pompe, afin de décaler la fréquence d'émission de cette pompe pour s'éloigner de la plage critique. [0041] On réalise dans cet exemple en suivant les flèches 30 présentées figure 3, un début d'accélération du véhicule de 10 à 15km/h avec une vitesse du moteur thermique de 1000tr/mn et une vitesse de la pompe qui passe de 660 à 500 tr/mn, puis à l'approche de la quatrième plage fréquentielle critique D une deuxième partie d'accélération de 15 à 23km/h avec un calage de la vitesse du moteur à 1300tr/mn et une vitesse de la pompe qui passe de 750 à 500tr/mn, puis une troisième partie d'accélération de 23 à 30km/h avec un calage de la vitesse du moteur à 1500tr/mn et une vitesse de la pompe qui passe de 700 à 500tr/mn, et une dernière partie d'accélération de 30 à 44km/h avec un calage de la vitesse du moteur à 2000tr/mn et une vitesse de la pompe qui passe de 950 à 450tr/mn. [0042] On réalise ainsi une accélération du véhicule avec le mode dérivation, comprenant à chaque fois une optimisation du point de fonctionnement du moteur thermique et de la pompe, tout en évitant les plages fréquentielles critiques des différents composants du groupe motopropulseur. [0043] En variante suivant l'invention on peut fixer un point de fonctionnement particulier de la pompe qui ne change pas, comprenant une vitesse de rotation qui évite les plages fréquentielles critiques, et faire alors varier de manière continue la démultiplication de la transmission, afin d'obtenir une vitesse variable du moteur thermique procurant l'accélération régulière du véhicule demandé. [0044] On peut aussi appliquer une combinaison de ces deux variantes comprenant au cours de l'accélération du véhicule, des passages avec une vitesse du moteur thermique fixe et d'autres avec cette vitesse variable, afin d'optimiser à chaque instant le compromis entre le rendement et le confort. On peut aussi faire varier simultanément les deux vitesses du moteur thermique et de la pompe. [0045] Ce procédé permet d'éviter certains compromis pratiqués de manière connue, comprenant une modification des réglages du moteur thermique permettant de réduire le niveau d'excitation de ce moteur, afin de l'utiliser à des vitesses correspondant à certains modes propres des composants. Ce type de réglage comporte généralement une dégradation des prestations de consommation et d'émission de gaz polluants. [0046] On peut éviter aussi pour la pompe l'utilisation de solutions complexes permettant de réduire son niveau d'excitation, mais qui diminuent son rendement et augmentent son coût. REVENDICATIONS1 - Procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique disposant d'une transmission reliant un moteur thermique, une pompe hydraulique et les roues motrices suivant différents modes de fonctionnement, comprenant un mode qui permet une variation du rapport de démultiplication entre la vitesse du moteur et celle de la pompe, caractérisé en ce qu'en fonction des fréquences d'excitation (F) générées par le moteur et par la pompe, ainsi que des modes propres (A, B, C, D) de certains composants du véhicule identifiés au préalable, lors d'une variation de la vitesse du véhicule, à l'approche d'une excitation correspondant à un mode propre d'un composant, il commande un changement du rapport de démultiplication (6) qui éloigne cette excitation de ce mode propre. 2 - Procédé de limitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une première opération (2) on réalise l'identification des modes propres des composants, puis l'identification de leurs modes d'amplification par le moteur thermique et la pompe, pour en déduire les plages fréquentielles critiques de ces composants. 3 - Procédé de limitation selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans une deuxième opération (4) on réalise le suivi des excitations générées par le moteur thermique et la pompe, pour les comparer aux plages fréquentielles critiques. 4 - Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise une détection d'une 25 amplification modale des composants identifiés, sur le véhicule en fonctionnement. 5 - Procédé de limitation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise la détection d'amplification modale par un capteur de mesure des vibrations. 30 6 - Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors d'une accélération régulière du véhicule, le changement du rapport de démultiplication donne sur certainesplages de vitesse du véhicule (V), des vitesses de rotation du moteur thermique qui restent constantes. 7 - Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors d'une accélération régulière du véhicule, le changement du rapport de démultiplication donne sur certaines plages de vitesse du véhicule (V), des vitesses de rotation de la pompe (0) qui restent constantes. 8 - Véhicule automobile hybride disposant d'une transmission reliant un moteur thermique, une pompe hydraulique et les roues motrices suivant différents modes de fonctionnement, comprenant un mode qui permet une variation du rapport de démultiplication entre la vitesse du moteur et celle de la pompe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de limitation des vibrations réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9 - Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la transmission comporte un train planétaire reliant le moteur thermique, la pompe et les roues motrices.