FR3013017A1 - Procede de limitation des vibrations sur un vehicule hybride hydraulique, par un changement d’etat de fonctionnement - Google Patents

Abstract

Procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique comprenant un train planétaire présentant ses trois éléments reliés à un moteur thermique, à une pompe hydraulique et aux roues motrices, pour réaliser différents états de fonctionnement, caractérisé en ce que lors d'une variation de la vitesse du véhicule, quand la vitesse de rotation d'une machine tournante donne un mode principal s'approchant d'un mode d'amplification de la transmission suivant l'état de fonctionnement en cours, il commande un changement de cet état (6) qui modifie la vitesse de la machine afin d'éloigner son mode principal du mode d'amplification.

Description

PROCEDE DE LIMITATION DES VIBRATIONS SUR UN VEHICULE HYBRIDE HYDRAULIQUE, PAR UN CHANGEMENT D'ETAT DE FONCTIONNEMENT 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. 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 planétaire relié à une pompe hydraulique rechargeant des accumulateurs hydrauliques, et un porte-satellites relié par un premier manchon de synchronisation à un différentiel de sortie entraînant les roues motrices.

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 ses éléments à la même vitesse. La transmission comporte de plus une entrée liée à une machine hydraulique reliée aux accumulateurs, pouvant travailler en moteur ou en pompe, qui peut être liée au différentiel de sortie par deux rapports de démultiplication différents, commandés par un troisième manchon de synchronisation. On cherche notamment à utiliser ces machines à des points de fonctionnement optimums en fonction de la demande du conducteur, 25 donnant les meilleurs rendements. Ce type de chaîne de traction permet de réaliser au moins trois états de fonctionnement. Un premier état de fonctionnement appelé « rapport court » comporte la pompe hydraulique qui est bloquée à l'arrêt, le train planétaire fournissant un rapport de réduction constant de la vitesse du moteur thermique, qui assure 30 les petites et moyennes vitesses du véhicule, et augmente le couple aux roues motrices.

Un deuxième état de fonctionnement appelé « rapport long » comporte le train planétaire qui est bloqué par son manchon de synchronisation, fournissant un rapport de prise directe de la vitesse du moteur thermique, qui assure les moyennes et grandes vitesses du véhicule avec un couple plus faible sur les roues motrices. Un troisième état de fonctionnement appelé « dérivation de puissance » comporte un entraînement du porte-satellites et des roues motrices qui lui sont liées, par le moteur thermique suivant un rapport de démultiplication variable qui dépend de la vitesse de la pompe liée au pignon planétaire, réalisant en freinant ce pignon planétaire une multiplication de la vitesse et une accélération du véhicule. Dans l'état dérivation, en fonction de la pression de sortie de la pompe et en réglant sa cylindrée variable, on modifie le couple de freinage de cette pompe pour régler sa vitesse. 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. Le moteur thermique ainsi que la pompe hydraulique sont des machines tournant à des vitesses variables, qui constituent des sources d'excitation générant des vibrations à différentes fréquences. En particulier pour un moteur thermique à trois cylindres avec un cycle à quatre temps, l'ordre principal est de 1,5, et pour une pompe hydraulique à 7 ou 9 pistons, l'ordre principal est respectivement de 7 et 9. Par ailleurs suivant l'état de fonctionnement du véhicule hybride, la transmission comporte un mode d'amplification en torsion propre qui dépend de cet état en cours. On peut obtenir alors une concordance entre la fréquence vibratoire donnée par l'ordre principal à un certain régime, émis par une machine tournante, et la fréquence du mode d'amplification de la transmission, générant des bruits et des vibrations transmises au véhicule qui sont désagréables pour les passagers.

Pour limiter ces nuisances, une solution consiste à modifier les réglages du moteur thermique afin de réduire son niveau d'excitation vibratoire, mais cette modification se fait généralement au détriment de sa consommation et de ses émissions de gaz polluants.

La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique disposant d'une transmission comprenant un train planétaire présentant ses trois éléments reliés à un moteur thermique, à une pompe hydraulique et aux roues motrices, pour réaliser différents états de fonctionnement comprenant un état rapport court avec la pompe à l'arrêt, un état rapport long avec le train planétaire bloqué, et un état dérivation de puissance avec le moteur et la pompe tournant à des vitesses variables, caractérisé en ce que pour un roulage avec l'état rapport court ou rapport long, lors d'une variation de la vitesse du véhicule quand la vitesse de rotation d'une machine tournante donne un mode principal s'approchant d'un mode d'amplification de la transmission suivant l'état de fonctionnement en cours, il commande un changement de cet état qui modifie la vitesse de la machine afin d'éloigner son mode principal du mode d'amplification.

Un avantage de ce procédé de limitation des vibrations est que de manière simple et économique, avec seulement des modifications des logiciels de commande de la chaîne de traction, on évite des excitations des modes d'amplification de la transmission et on améliore le confort. De plus ces évitements permettent de conserver des réglages du moteur thermique adaptés pour obtenir les meilleurs rendements et réductions des émissions polluantes. Le procédé de limitation des bruits selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

Selon un mode de réalisation, dans une première opération on réalise l'identification des modes d'amplification de la transmission qui génèrent des bruits, suivant l'état de fonctionnement en cours. Dans une deuxième opération on réalise pendant une variation de vitesse du véhicule le suivi des points de fonctionnement des machines tournantes et de leurs modes principaux, pour les comparer aux modes d'amplification correspondant à l'état de fonctionnement utilisé. En variante selon un autre mode de réalisation, on réalise une détection d'une amplification modale de la transmission sur le véhicule en 10 fonctionnement. Avantageusement, on réalise la détection d'amplification modale par un capteur de mesure des vibrations ou de mesure de vitesse de rotation. Avantageusement, on change d'état de fonctionnement quand la vitesse de la machine tournante donne un écart de son mode principal avec 15 le mode propre de la transmission, qui est inférieur à environ 15%. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride hydraulique disposant d'une transmission comprenant un train planétaire présentant ses trois éléments reliés à un moteur thermique, à une pompe hydraulique et aux roues motrices, pour réaliser différents états de 20 fonctionnement comprenant un état rapport court avec la pompe à l'arrêt, un état rapport long avec le train planétaire bloqué, et un état dérivation de puissance avec le moteur et la pompe tournant à des vitesses variables, ce véhicule comportant des moyens mettant en oeuvre un procédé de limitation des vibrations comprenant l'une quelconque des caractéristiques 25 précédentes. En particulier le train planétaire peut comporter une couronne reliée au moteur thermique, un pignon planétaire relié à la pompe hydraulique et un porte-satellites relié aux roues motrices. Avantageusement, la pompe hydraulique peut travailler en moteur. 30 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, les vitesses de rotation du moteur thermique suivant les modes de fonctionnement ; - la figure 3 présente une mise en oeuvre du procédé pour éloigner le mode principal de ce moteur d'un mode propre de la transmission ; - la figure 4 est un graphique présentant en fonction de la vitesse du véhicule, les vitesses de rotation de la pompe hydraulique suivant les modes de fonctionnement ; et - la figure 5 présente une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pour éloigner le mode principal de cette pompe d'un mode propre de la 15 transmission. La figure 1 présente les principes de fonctionnement du procédé pour un véhicule hybride hydraulique comportant une transmission disposant d'un train planétaire reliant entre eux un moteur thermique, une pompe hydraulique à cylindrée variable pouvant travailler en moteur, et le différentiel 20 lié aux roues motrices, pour proposer les trois modes de fonctionnement présentés ci-dessus. 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 par des calculs ou des mesures des modes 25 d'amplification de la transmission qui génèrent des bruits, suivant l'état de fonctionnement en cours. En particulier on obtient dans l'exemple présenté ici pour les modes d'amplification les fréquences suivantes, pour l'état rapport court 65,0Hz, pour l'état rapport long 59,1 Hz et pour l'état dérivation 65,1 Hz. 30 Lors d'un roulage avec un état de fonctionnement, notamment l'état rapport court ou rapport long, pendant une variation de vitesse du véhicule la deuxième opération 4 comporte le suivi des points de fonctionnement des machines tournantes et de leurs modes principaux, pour les comparer au mode d'amplification correspondant à l'état de fonctionnement utilisé. La troisième opération 6 comporte dans le cas où le mode principal d'une machine tournante approche le mode d'amplification de la transmission, donnant l'entrée dans une zone critique, un changement d'état de fonctionnement de manière à s'éloigner de cette zone critique tout en cherchant à respecter la volonté du conducteur concernant sa demande de vitesse du véhicule.

En pratique, on change avantageusement d'état de fonctionnement quand la vitesse de la machine tournante donne un écart de son mode principal avec le mode propre de la transmission, qui est inférieur à 15%. Le côté droit du schéma de la figure 1 présente un deuxième principe de fonctionnement du procédé, comprenant lors du roulage une unique opération 8 de détection d'une amplification modale venant du moteur thermique ou de la pompe. On peut utiliser pour cette détection un accéléromètre mesurant les vibrations, avec un traitement du signal qui permet en fonction du signal détecté de définir la machine tournante et son mode d'excitation qui est en 20 cause. On peut en variante utiliser des capteurs de vitesse de rotation, par exemple la vitesse de rotation d'un arbre de transmission, ou d'une roue du véhicule donnée par un capteur de la fonction anti-blocage « ABS », pour mesurer les fluctuations de régime et en déduire des acyclismes indiquant 25 une amplification modale. On réalise ensuite comme pour le premier principe de fonctionnement, la troisième opération 6 de changement d'état pour s'éloigner des plages fréquentielles critiques, la mesure des vibrations permettant de confirmer le résultat obtenu. 30 Les deux principes de fonctionnement utilisant la connaissance des modes propres des machines tournantes et le suivi de leurs fonctionnements, ou la détection des amplifications modales de ces machines par des capteurs, peuvent être combinés entre eux. Les figures 2 et 3 présentent en fonction de la vitesse du véhicule V en km/h, des statistiques de vitesse de rotation du moteur thermique ûMth exprimées en trs/mn. On observe une première forte densité suivant la droite 10 horizontale qui est l'arrêt du moteur, correspondant à un état de fonctionnement sans émission de gaz polluant « ZEV », comprenant une traction du véhicule uniquement par la pompe hydraulique travaillant en moteur.

On observe une deuxième forte densité suivant la droite inclinée 12 correspondant à l'état de fonctionnement rapport court, et une troisième forte densité suivant la droite inclinée 14 avec une plus faible pente, correspondant à l'état de fonctionnement rapport long. On observe de plus un nuage de points 16 répartis sur une grande surface, correspondant au mode dérivation utilisant des vitesses du moteur thermique variées. La figure 3 présente pour la vitesse du moteur thermique, un premier point de régime critique 20 dans l'état rapport court situé à 2600trs/m, et un deuxième point de régime critique 22 dans l'état rapport long situé à 2364trs/mn. Le troisième point de régime critique pour l'état dérivation situé à 2604trs/mn, est confondu avec le premier point 20. A partir d'une vitesse de 80km/h sur l'état rapport long 24, une accélération du véhicule en restant sur ce même état fait passer alors par le deuxième point de régime critique 22.

Dans ce cas on monte la vitesse jusqu'à 85km/h sur le rapport long pour éviter le premier point de régime critique 20, puis approchant le deuxième point de régime critique 22 le procédé passe en suivant le cycle des flèches 26 sur le premier état rapport court, puis restant sur cet état accélère le véhicule jusqu'à la vitesse de 115km, et enfin ayant suffisamment dépassé le deuxième point critique redescend sur l'état rapport long pour continuer à accélérer ce véhicule.

On a ainsi bien évité les deux points de régime critique 20, 22, en restant à une distance suffisante de ces points de manière à ne pas générer de vibrations et de bruits particuliers. Une autre solution pour réaliser le même évitement à partir de la vitesse de 85km/h, consiste en suivant le cycle des flèches 28 à passer dans l'état dérivation, puis restant sur cet état à accélérer le véhicule de la même manière jusqu'à 115km/h, et enfin à redescendre sur l'état rapport long. Les figures 4 et 5 présentent en fonction de la vitesse du véhicule V en km/h, des statistiques de vitesse de rotation de la pompe hydraulique OP comportant sept pistons, exprimées en trs/mn. On observe une première forte densité suivant la droite inclinée 30 correspondant à l'état de fonctionnement sans émission de gaz polluant « ZEV », comprenant une traction du véhicule uniquement par la pompe hydraulique travaillant en moteur.

On observe une deuxième forte densité suivant la droite horizontale 32 représentant la pompe hydraulique arrêtée, correspondant à l'état de fonctionnement rapport court, et une troisième forte densité suivant la droite inclinée 34 avec une faible pente, correspondant à l'état de fonctionnement rapport long.

On observe de plus un nuage de points 36 répartis sur une grande surface, correspondant au mode dérivation utilisant des vitesses du moteur thermique variées. La figure 5 présente pour la vitesse de la pompe hydraulique, un point de régime critique 40 dans l'état rapport long situé à 506tr/mn, un deuxième et un troisième point de régime critique non représentés pour respectivement l'état rapport court et l'état dérivation, étant de 557 et 558trs/mn. A partir d'une vitesse de 20 km/h sur l'état « ZEV » au point 42, une accélération du véhicule en passant le plus vite possible sur l'état rapport long 34, fait passer alors par le point de régime critique 40 qui se trouve à 30 50km/h avec une vitesse de la pompe de 506tr/mn.

Une première solution présentée par le cycle des flèches 44, maintient l'état « ZEV » jusqu'à 80km/h si la capacité en pression de l'accumulateur hydraulique alimentant la pompe le permet, sa réserve étant suffisante, pour ensuite à cette vitesse venir sur l'état rapport long.

Une deuxième solution présentée par le cycle des flèches 46, fait à la vitesse de 40km/h passer sur l'état rapport court qui est maintenu jusqu'à 80km/h, pour passer ensuite sur l'état rapport long. Une troisième solution présentée par le cycle des flèches 48, fait passer de suite sur l'état dérivation qui est maintenu jusqu'à 80km, avec une réduction linéaire de la vitesse de la pompe qui devient négative, pour passer ensuite sur l'état rapport long. On a ainsi pour ces différentes solutions évité le point de régime critique 40, en restant à une distance suffisante de ce point de manière à ne pas générer de vibrations et de bruits particuliers.

Ce procédé permet d'éviter certains compromis pratiqués de manière connue, comprenant une modification des réglages de la combustion du moteur thermique permettant de réduire le niveau d'excitation de ce moteur, afin de l'utiliser à des vitesses correspondant aux modes d'amplification de la transmission. Ce type de réglage comporte généralement une dégradation des prestations de consommation et d'émission de gaz polluants. 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.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1 - Procédé de limitation des vibrations sur un véhicule hybride hydraulique disposant d'une transmission comprenant un train planétaire présentant ses trois éléments reliés à un moteur thermique, à une pompe hydraulique et aux roues motrices, pour réaliser différents états de fonctionnement comprenant un état rapport court (12, 32) avec la pompe à l'arrêt, un état rapport long (14, 34) avec le train planétaire bloqué, et un état dérivation de puissance (16, 36) avec le moteur et la pompe tournant à des vitesses variables, caractérisé en ce que pour un roulage avec l'état rapport court (12, 32) ou rapport long (14, 34), lors d'une variation de la vitesse du véhicule (V) quand la vitesse de rotation d'une machine tournante (ûMth, (W) donne un mode principal s'approchant d'un mode d'amplification (20, 22, 40) de la transmission suivant l'état de fonctionnement en cours, il commande un changement de cet état (6) qui modifie la vitesse de la machine afin d'éloigner son mode principal du mode d'amplification.
2. 2 - Procédé de limitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une première opération (2) on réalise l'identification des modes d'amplification de la transmission qui génèrent des bruits, suivant l'état de 20 fonctionnement en cours.
3. 3 - Procédé de limitation selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans une deuxième opération (4) on réalise pendant une variation de vitesse du véhicule le suivi des points de fonctionnement des machines tournantes et de leurs modes principaux, pour les comparer aux modes d'amplification 25 correspondant à l'état de fonctionnement utilisé.
4. 4 - Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise une détection d'une amplification modale de la transmission sur le véhicule en fonctionnement.
5. 5 - Procédé de limitation selon la revendication 4, caractérisé en ce 30 qu'on réalise la détection d'amplification modale par un capteur de mesure des vibrations ou de mesure de vitesse de rotation.
6. 6 - Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on change d'état de fonctionnement quand la vitesse de la machine tournante donne un écart de son mode principal avec le mode propre de la transmission, qui est inférieur à environ 15%.
7. 7 - Véhicule automobile hybride hydraulique disposant d'une transmission comprenant un train planétaire présentant ses trois éléments reliés à un moteur thermique, à une pompe hydraulique et aux roues motrices, pour réaliser différents états de fonctionnement comprenant un état rapport court (12, 32) avec la pompe à l'arrêt, un état rapport long (14, 34) avec le train planétaire bloqué, et un état dérivation de puissance (16, 36) avec le moteur et la pompe tournant à des vitesses variables, 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.
8. 8- Véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que le train planétaire comporte une couronne reliée au moteur thermique, un pignon planétaire relié à la pompe hydraulique et un porte-satellites relié aux roues motrices.
9. 9 - Véhicule automobile selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la pompe hydraulique peut travailler en moteur.