Brevet FR3106318A1 — publié le 20210723

Procédé de diminution des oscillations de torsion d’un arbre d’entrée de mouvement (8) dans une boîte de vitesses (4) de groupe motopropulseur hybride de véhicule, comportant un moteur thermique et au moins une machine électrique, caractérisé en ce que la machine électrique applique à l’arbre d’entrée de mouvement un couple électrique de compensation, oscillant en opposition de phase avec le couple d’origine thermique Figure pour l’abrégé : figure 1 PROCEDE DE DIMINUTION DES OSCILLATIONS DE TORSION D’UN ARBE D’ENTREE DE MOUVEMENT DANS UNE BOITE DE VITESSES DE GROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE La présente invention se rapporte à la motorisation des groupes motopropulseurs hybrides, en particulier pour véhicule automobile, comprenant au moins un moteur thermique et une machine électrique, reliés par un mécanisme de transmission de couple commun, aux roues d’entraînement du véhicule. Plus précisément, elle a pour objet un procédé de diminution des oscillations de torsion d’un arbre d’entrée de mouvement dans une boîte de vitesses de groupe motopropulseur hybride de véhicule, comportant un moteur thermique et au moins une machine électrique. Dans les chaînes de traction hybrides, l’acyclisme du moteur thermique « excite » les arbres de transmission de couple de la boîte de vitesses, en les soumettant à des oscillations, notamment aux fortes charges. Lorsque la machine électrique fait face au moteur thermique, les arbres de la boîte subissent simultanément l’excitation du moteur thermique et l’inertie de la machine électrique, qui s’oppose à cette excitation. Soumis à des sollicitations contraires, ces arbres oscillent en torsion et risquent de se rompre. Le phénomène est d’autant plus critique, que la machine électrique fournit elle-même un couple à la chaîne cinématique. Les composants d’une boîte de vitesses sont habituellement dimensionnés de manière à tenir en fatigue, face aux couples qui traversent la boîte dans les pires conditions d’utilisation. Dans le cas d’un GMP hybride, l’objectif de fiabilité des arbres de la boîte, est de supporter la pleine charge du moteur thermique, pour réaliser le couple thermique maximum, tout en pouvant bénéficier simultanément du couple maximum de la machine électrique en mode hybride. Le couple du moteur thermique étant oscillant, le dimensionnement des différents composants de la boîte, doit prendre en compte ses oscillations de couple. L’amplitude de la contrainte augmente avec celle du couple ; de même, la contrainte moyenne augmente avec le couple moyen. Cette double corrélation peut avoir pour effet que le point critique en fatigue des arbres de la boîte, se trouve hors du domaine de fiabilité. La présente invention vise à réduire l’amplitude de couple oscillant du moteur thermique dans un GMP hybride. Dans ce but, elle propose que la machine électrique applique à l’arbre d’entrée de mouvement, un couple électrique de compensation oscillant, en opposition de phase avec le couple d’origine thermique. Dans un mode de réalisation particulier, la boîte de vitesses rassemble en direction des roues du véhicule, les couples d’origine thermique et électrique délivrés respectivement par le moteur thermique et par une machine électrique du groupe motopropulseur. De préférence, le couple de compensation des oscillations du couple d’origine thermique est appliqué seulement dans certaines plages de régime du moteur thermique, en fonction de la réponse en accélération de l’arbre d’entrée de mouvement aux oscillations du couple. Ces dispositions permettent de supprimer tout ou partie des oscillations subies par les arbres de la boîte, sans modifier la valeur de couple moyen transmise aux roues. La présente invention sera mieux comprise à la lecture suivante d’un mode de réalisation particulier de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés. est un schéma simplifié de GMP hybride. montre les sollicitations en torsion s’exerçant sur l’arbre primaire de la boîte. explique la nature du problème et sa solution. explique la nature du problème et sa solution. illustre le procédé qui est proposé. met en évidence le décalage des phases d’oscillation de couple en fonction du régime moteur. montre l’évolution d’amplitude d’accélération sur l’arbre secondaire de double volant amortisseur (DVA). Le GMP de la figure 1 comprend un moteur thermique 2 avec son volant moteur 3, faisant face à une boîte de vitesse 4. Le moteur thermique 2 reçoit un couple d’appoint d’une machine électrique 5, la boîte de vitesses reçoit celui d’une autre machine électrique 1. Dans cette architecture non limitative, la boîte de vitesses rassemble en direction des roues du véhicule les couples d’origine thermique et électrique délivrés respectivement par le moteur thermique et par une machine électrique du groupe motopropulseur. L’ensemble du couple délivré par les trois sources motrices se retrouve sur le différentiel de sortie de la boîte, d’où il ressort en direction des deux roues 7 d’un même essieu. La figure 2 met en évidence les couples de torsion contraires imposés à l’arbre primaire de la boîte, par le volant du moteur et l’inertie 9 de la boîte 4. Dans un moteur thermique, le couple thermique maximum est obtenu à pleine charge ; en mode hybride, on peut lui ajouter le couple maximum d’une machine électrique. Dans l’exemple de la figure 3A, le couple d’origine thermique oscille entre 10 et 50 Newton mètre avec l’angle du vilebrequin, tandis que le couple d’origine électrique a une valeur constante d’environ 10 Newton mètre. Ces couples s’additionnent dans la boîte. Le couple résultant est oscillant. Le dimensionnement de la boîte doit tenir compte de la contrainte moyenne imposée aux arbres de la boîte par ce couple résultant, et de l’amplitude de son oscillation. Dans le domaine de Haigh la position du point critique en fatigue peut se trouver dans la zone de rupture en fatigue, comme sur cet exemple. La méthode proposée pour limiter les oscillations du couple résultant sur l’arbre primaire de la boîte, consiste à réduire l’amplitude des oscillations imposées par le moteur thermique, en lui appliquant avec la machine électrique, un couple compensatoire en opposition de phase. Le procédé de l’invention permet de diminuer les oscillations de torsion d’un arbre d’entrée de mouvement dans une boîte de vitesses de groupe motopropulseur hybride de véhicule. Pour cela, la machine électrique applique à l’arbre d’entrée de mouvement, un couple électrique de compensation oscillant en opposition de phase avec le couple thermique. L’application de la méthode est illustrée sur la figure 3B. Grâce à cet ajout, les oscillations du couple résultant sont réduites, et peuvent même être supprimées dans le meilleur des cas. Cet ajout est sans effet sur la valeur du couple moyen. Il se traduit par une réduction de l’amplitude de contrainte dans le domaine de Haigh . Globalement, l’arbre est moins sollicité, et la fiabilité de la boîte de vitesses est améliorée. Comme indiqué sur la figure 3B, le point de référence de l’arbre dans le domaine de Haigh , repasse dans la zone de sécurité. La stratégie mise en œuvre est illustrée par la figure 4. Elle exploite des informations fournies par des capteurs déjà présents dans le GMP. Le capteur de Point Mort Haut (PMH) permet de récupérer la vitesse du volant moteur, notamment si c’est un volant primaire de Double Volant Amortisseur (DVA). Dans cette application, on sait déterminer la vitesse de l’arbre primaire de la boîte, en exploitant une matrice de passage du volant primaire au volant secondaire du DVA. Cette matrice est construite à partir de l’hystérésis de frottement, et de la raideur des ressorts du DVA. Dans une autre application, l’information de vitesse de l’arbre d’entrée de mouvement de la boîte, peut être obtenue directement, dès lors que la boîte est équipée d’un capteur de vitesse d’arbre primaire. La dérivée de cette vitesse, donne la valeur son accélération instantanée. Le couple de compensation est déterminé à partir du calcul de l’accélération instantanée de d’arbre primaire de boîte, en fonction de l’angle du vilebrequin. La phase et l’amplitude de l’accélération sont mémorisées dans le calculateur du GMP. Ces données permettent de calculer le couple instantané fourni par le moteur thermique (produit de l’accélération par la masse d’inertie). Connaissant la charge du moteur et le rapport de boîte, on peut déduire de l’accélération, la valeur du couple oscillant de compensation, qui doit être théoriquement appliqué par la machine électrique sur l’arbre primaire, en opposition de phase avec le couple oscillant du moteur thermique. Le couple de compensation dépend aussi du rapport de démultiplication, déterminé par le rapport de boîte engagé. Comme on peut l’observer sur le graphe de la figure 6, la phase du couple thermique se décale par rapport à l’angle du vilebrequin, selon le régime du moteur. La phase du couple de compensation doit donc être ajustée en fonction du régime du moteur thermique, pour rester en opposition avec le couple d’origine thermique en entrée de la boîte. La valeur instantanée du couple de compensation dépend aussi du calage des phases de couple thermique sur l’angle du vilebrequin. Outre la valeur précise du régime moteur, le calcul du couple de compensation instantané, nécessite ainsi une connaissance du calage des phases de couple thermique en fonction du régime. La connaissance du calage des phases d’oscillation du couple d’origine thermique sur l’angle du vilebrequin en fonction du régime du moteur thermique, peut être acquise sur une cartographie embarquée sur le véhicule. Elle peut aussi être acquise par un apprentissage dynamique. La figure 6 met en évidence un autre phénomène, constaté en comparant les pics d’amplitude d’accélération sur le volant secondaire d’un DVA en fonction du régime moteur, pour différentes amplitudes de couple. Sur le graphe, l’amplitude de l’accélération (en radiant par seconde carrée) du volant secondaire du DVA est moindre dans une plage de régimes de 1000 à 2000 tours par minute, pour une même amplitude du couple de moteur thermique. Pour tenir compte de la disparité de réponse constatée aux oscillations du couple d’origine thermique en sortie du DVA, on peut choisir d’appliquer la compensation de couple seulement dans certaines plages de régime du moteur thermique, en fonction de la réponse en accélération de l’arbre d’entrée de mouvement aux oscillations selon le régime. On s’abstient de le faire en dehors de ces plages. Les avantages de l’invention sont significatifs. Outre la « sécurisation » de l’arbre d’entrée de mouvement de la boîte, il faut souligner son effet bénéfique sur le confort d’utilisation. En effet, comme le niveau de vibrations de la boîte ( NVH pour Noise, Vibration, Harshness ) est directement lié aux fluctuations de l’accélération qui la traverse, la compensation des oscillations du couple thermique a pour avantage de réduire les phénomènes de « graillonnement » et de « bourdonnement » de la boite de vitesses, ressentis désagréablement par les utilisateurs. Procédé de diminution des oscillations de torsion d’un arbre d’entrée de mouvement (8) dans une boîte de vitesses (4) de groupe motopropulseur hybride de véhicule, comportant au moins un moteur thermique (2) et une machine électrique (1), caractérisé en ce que la machine électrique (1) applique à l’arbre d’entrée de mouvement un couple de compensation, oscillant en opposition de phase avec le couple d’origine thermique. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de vitesses rassemble en direction des roues (7) du véhicule les couples d’origine thermique et électrique délivrés respectivement par le moteur thermique (2) et par une machine électrique (1) du groupe motopropulseur. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le couple de compensation est déterminé à partir du calcul de l’accélération instantanée de l’arbre d’entrée de mouvement. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 3, caractérisé en ce le couple de compensation dépend du rapport engagé, de la charge, et du régime du moteur thermique, ainsi que du rapport de boîte engagé. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la valeur instantanée du couple de compensation dépend du calage des phases de couple thermique sur l’angle du vilebrequin. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 5, caractérisé en ce que la connaissance du calage des phases d’oscillation du couple thermique sur l’angle du vilebrequin, en fonction du régime du moteur thermique, est acquise sur une cartographie embarquée sur le véhicule. Procédé de diminution d’oscillations selon la revendication 5, caractérisé en ce que la connaissance du calage des phases d’oscillation du couple thermique sur l’angle du vilebrequin, en fonction du régime du moteur thermique, est acquise par un apprentissage dynamique. Procédé de diminution d’oscillations selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couple de compensation des oscillations du couple thermique est appliqué seulement dans certaines plages de régime du moteur thermique, en fonction de la réponse en accélération de l’arbre d’entrée de mouvement aux oscillations du couple thermique.