FR2763645A1 - Groupe moteur hybride pour vehicules automobiles - Google Patents
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Abstract
Le groupe comprend un moteur à combustion interne et une unité électrique accouplée à celui-ci, capable de fonctionner comme génératrice et/ ou comme motrice. Pour amortir les oscillations, en particulier de rotation dans la transmission du couple entre moteur et roues, on prévoit des moyens de régulation qui réagissent à un signal de consigne prédéterminé et à des capteurs (51) délivrant un signal réel contenant des informations relatives aux oscillations d'un composant en rotation, et qui commandent le couple exercé par l'unité électrique sur le moteur pour réduire ou éliminer les oscillations. Aux moyens de régulation est associé un dispositif (53) pour déterminer un spectre de fréquences du signal réel, et un signal de consigne est prédéterminé avec un spectre de fréquences prédéterminé. Les moyens de régulation commandent le spectre de fréquences du couple de l'unité électrique sur le moteur pour réduire ou éliminer les surintensités d'oscillations spectrales du signal réel.
Description
La présente invention concerne un groupe moteur hybride pour
véhicules automobiles.
Le caractère inégal de la rotation du vilebrequin dans des moteurs à combustion interne à pistons habituel excite des oscillations de rotation dans la ligne de transmission qui mène le couple de rotation depuis le moteur vers les roues motrices d'un véhicule, lesquelles se font sentir de manière indésirable sous forme de secousses ou tout au moins sous forme de bruits. De telles oscillations de rotation sont habituellement amorties par des amortisseurs mécaniques qui sont la plupart du temps intégrés dans le disque d'embrayage d'un embrayage de boîte de vitesses de la ligne de transmission. Comme les oscillations de rotation dans la ligne de transmission se produisent de façon résonante à l'intérieur d'une plage relativement importante de vitesses de rotation, des amortisseurs habituels de ce type comportent la plupart plusieurs étages de ressorts et plusieurs dispositifs de friction dimensionnés pour des plages différentes du couple de rotation. Les amortisseurs pour oscillations de rotation sont par conséquent comparativement
complexes est également souvent sujet à des perturbations.
On connaît du document DE 32 30 607 C2 d'utiliser pour effectuer un amortissement actif des oscillations une génératrice de démarreur accouplée au vilebrequin du moteur à combustion interne, donc une unité électrique susceptible de fonctionner aussi bien comme une motrice électrique que comme une génératrice. L'unité électrique qui fonctionne comme génératrice sous l'entraînement du véhicule automobile par le moteur à combustion interne exerce, tandis qu'elles charge une batterie du véhicule en fonction de son courant d'excitation, un couple de rotation de charge sur le moteur à combustion interne. Un circuit de régulation, qui réagit aux oscillations de rotation superposées à la rotation du vilebrequin, commande le courant d'excitation de l'unité électrique, de manière à réguler les oscillations à une valeur de consigne prédéterminée. La valeur pilote de ce circuit de régulation, qui représente la valeur réelle, est obtenue au moyen d'un circuit de différenciation à partir de la vitesse de rotation détectée au moyen d'un
capteur de vitesse de rotation.
Des documents DE 40 15 701 et DE 43 23 620, on connaît des groupes moteurs hybrides parallèles pour un véhicule automobile, dans lesquels l'unité électrique prévue en addition au moteur à combustion interne pour l'entraînement du véhicule en circulation est utilisée conjointement pour un amortissement actif des oscillations. Ici aussi, le couple de rotation de charge exercé par l'unité électrique sur le moteur à combustion interne est exploité dans le sens d'un amortissement actif des oscillations de rotation. En fait, il s'est avéré que le comportement d'amortissement des amortisseurs actifs traditionnels pour les oscillations n'atteint jusqu'ici souvent pas le standard que l'on atteint
avec des amortisseurs d'oscillations mécaniques.
L'objectif de l'invention, c'est de proposer un groupe moteur hybride pour un véhicule automobile, qui permette d'assurer un amortissement actif suffisamment confortable des oscillations, en particulier des oscillations de rotation de la ligne d'entramînement, sensiblement en exploitant des composants structurels de groupes moteurs hybrides traditionnels. Le point de départ de l'invention, c'est un groupe moteur hybride pour un véhicule automobile, comprenant: un moteur à combustion interne pour l'entraînement d'au moins une roue du véhicule, une unité électrique accouplée au moteur à combustion interne, ou susceptible de l'être, capable de fonctionner comme génératrice et/ou comme moteur, des moyens de détection, qui fournissent un signal réel d'oscillations, qui contient une information relative aux oscillations d'un composant structurel du véhicule, en particulier d'un composant en rotation agencé entre le moteur à combustion interne et la roue dans le trajet de transmission du couple de rotation, des moyens de régulation, qui réagissent à un signal de consigne prédéterminé par un dispositif de fourniture de signal de consigne, et qui commandent le couple de charge exercé par l'unité électrique sur le moteur à combustion interne, en fonction des informations relatives aux oscillations dans le signal réel d'oscillations, dans le sens d'une réduction ou d'une élimination des oscillations des composants structurels. Le perfectionnement conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'un dispositif pour déterminer un spectre de fréquence du signal réel d'oscillations est associé aux moyens de régulation et que le dispositif de prédétermination de signal de consigne fixe un signal de consigne avec un spectre de fréquences prédéterminé, et que les moyens de régulation commandent le spectre de fréquence du couple de charge exercé par l'unité électrique sur le moteur à combustion interne dans le sens de la réduction ou de l'élimination de surintensités des oscillations
dans le spectre du signal réel d'oscillations.
L'invention part de l'idée que le caractère irrégulier de la rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne excite en règle générale des oscillations dans la ligne d'entraînement ou dans la carrosserie du véhicule, qui englobent tout un spectre d'oscillations de fréquences différentes. Aux moyens de régulation, on associe un dispositif d'analyse spectrale, qui détermine les proportions par fréquences d'après l'amplitude et la phase (ou bien un d'après la partie réelle et la partie imaginaire suivant une représentation complexe) à partir du signal réel mesuré. De son côté, le dispositif de prédétermination de signal de consigne fixe le signal de consigne avec un spectre de fréquences prédéterminé, et permet ainsi au dispositif de régulation
d'amortir de façon spécifique les proportions spectrales du signal réel.
Le couple de charge exercé par l'unité électrique sur le moteur à combustion interne est ainsi commandé dans le sens de la réduction ou de l'élimination des surintensités des oscillations spectrales du signal réel d'oscillations. Au total, on atteint de cette façon un amortissement
des oscillations exact qui réagit très rapidement.
Pour ce qui concerne les moyens de détection, il peut s'agir de capteurs de vitesse de rotation ou capteurs de vitesse angulaire, qui détectent la vitesse de rotation momentanée ou la vitesse angulaire avec une exactitude telle que l'on peut même déterminer avec une exactitude suffisante des oscillations de rotation superposées à la vitesse de rotation moyenne. Cependant, on peut aussi utiliser des capteurs qui ne détectent pas directement la vitesse de rotation ou la vitesse angulaire des composants en rotation, mais qui autorisent uniquement une mesure indirecte des oscillations, comme par exemple des capteurs qui détectent le couple de rotation ou des capteurs qui réagissent à des
bruits ou à des oscillations de vibration.
Dans le spectre de fréquences du signal réel peuvent être également contenues des proportions spectrales qui résultent d'une modification de la vitesse de rotation de service de la ligne d'entraînement lors de l'accélération du véhicule. Il s'est avéré que les fréquences de telles proportions spectrales sont cependant situées dans des fréquences comparativement basses du spectre de fréquences à titre de conséquence de la capacité limitée du moteur à combustion interne, tandis que les proportions spectrales des oscillations de rotation à amortir sont la plupart du temps situées à des fréquences comparativement élevées. Par conséquent, dans un développement préféré, on prévoit d'associer des moyens de limitation de fréquence aux moyens de régulation, qui limitent le spectre de fréquence du signal réel des oscillations, que l'on utilise pour commander le couple de charge, à des fréquences au-dessus d'une limite de fréquence prédéterminée. Les moyens de limitation de fréquence présentent en d'autres termes le caractère de passe-haut pour les parties des
fréquences qui sont utilisées pour la commande du couple de charge.
Dans ce développement préféré, on obtient que les moyens de régulation puissent certes amortir de façon active les oscillations, mais qu'ils n'influencent pas le comportement dynamique du groupe moteur hybride. Le moteur électrique peut être de cette façon exploité pour l'amortissement actif des oscillations de rotation, même lorsqu'il assiste le moteur à combustion interne lors de l'accélération du véhicule lorsqu'il est utilisé comme moteur. La limite de fréquence prédéterminée est ici de préférence choisie au-dessus de la fréquence spectrale qui représente une modification de la vitesse de rotation des composants en rotation lors d'une accélération motrice maximum du
véhicule dans le spectre de fréquences du signal réel des oscillations.
Le dispositif de prédétermination de signal de consigne comprend de préférence une mémoire de courbes caractéristiques, dans laquelle sont mémorisées, en tant que fonction d'un paramètre de fréquences, des valeurs de consigne pour au moins une courbe caractéristique du signal de consigne. De telles courbes caractéristiques peuvent être déterminées de façon empirique pour le véhicule; les courbes caractéristiques peuvent cependant être corrigées, d'une manière connue en elle-même, lors du fonctionnement du véhicule, de manière adaptive au cours d'un processus d'apprentissage. Judicieusement, les courbes caractéristiques du signal de consigne indiquent uniquement des valeurs spectrales maximales pour les valeurs de consigne, que l'on
ne doit pas dépasser lors du fonctionnement actif en amortissement.
Ceci permet une régulation à la manière d'une régulation d'un champ de caractéristiques, comme ceci est connu en soi pour la commande de moteurs à combustion interne. Les moyens de régulation vérifient ici si le spectre de fréquences des signaux réels ne dépasse au total pas les valeurs maximums spectrales du signal de consigne, et interviennent en cas de dépassement des proportions spectrales de manière ciblée afin
d'amortir de manière renforcée dans ces plages de fréquence.
La mémoire de courbes caractéristiques peut mémoriser plusieurs courbes caractéristiques en tant que fonctions d'autres paramètres de fonctionnement du véhicule, afin de tenir compte du fait que le comportement en oscillations peut exiger des mesures d'amortissement différentes dans des situations de fonctionnement différentes. De préférence, la mémoire de courbes caractéristiques contient des courbes caractéristiques en fonction de l'un au moins des paramètres de fonctionnement suivants: a) couple de rotation du moteur à combustion interne, b) vitesse de rotation du moteur à combustion interne, c) vitesse de circulation du véhicule, d) température du moteur à combustion, e) rapport de conversion momentané d'une boîte de vitesses variable agencée dans le trajet de transmission du couple de rotation, f) poids du véhicule, g) fonctionnement en propulsion ou en traction (signe du couple de rotation). Ici, on associe des capteurs aux moyens de régulation, qui réagissent à des modifications de ces paramètres de fonctionnement et qui permettent aux moyens de régulation de choisir la courbe caractéristique en fonction de la valeur de ces paramètres de fonctionnement.
L'unité électrique doit, pour ce qui concerne son comportement vis-à-
vis du couple de rotation, être réalisée de manière à être en mesure de renforcer ou encore d'affaiblir le couple de rotation produit par le moteur à combustion interne en circulation, et ceci aussi bien lorsque la vitesse de circulation reste constante qu'en cas d'accélération, en vue d'assurer l'amortissement actif des oscillations. L'unité électrique présentera pour le fonctionnement en tant que motrice en règle générale des caractéristiques de couple et de puissance qui correspondent au
couple de rotation et à la puissance du moteur à combustion interne.
Par ailleurs, l'unité électrique doit, lorsqu'elle doit réagir à des courants de pilotage ou des courants d'excitation ayant un spectre de fréquences comparativement large, avoir un nombre de pôles comparativement élevé, et un nombre correspondant d'enroulements polaires, afin de pouvoir le faire fonctionner avec des courants de pilotage ou d'excitation présentant des fréquences suffisamment différentes. Dans une réalisation préférée, on prévoit par conséquent que l'unité électrique comprenne une pluralité de pôles, et que les moyens de régulation commandent un dispositif qui fixe le courant pour les
enroulements polaires de l'unité électrique.
En fonction de la situation de fonctionnement, des vibrations peuvent être excitées dans des composants structurels différents. Par conséquent, les moyens de détection comprennent de préférence plusieurs capteurs qui réagissent à des paramètres d'oscillations
différents et/ou à des oscillations de composants structurels différents.
Les moyens de régulation peuvent être respectivement réalisés de telle manière qu'ils peuvent évaluer simultanément les signaux de plusieurs capteurs. On peut également prévoir de choisir les capteurs en fonction de la situation de fonctionnement du véhicule pour produire les signaux réels, puisque l'on excite en oscillation d'autres composants structurels, par exemple lors du fonctionnement à vide, que ce n'est le cas pendant la circulation, par exemple en fonctionnement à pleine charge. On prévoit de préférence, pendant les phases angulaires en rotation dans lesquelles l'unité électrique encaisse de l'énergie du moteur à combustion interne lors de l'amortissement actif des oscillations de rotation, que l'unité électrique fournisse cette énergie en retour dans un accumulateur d'énergie électrique. Pour ce qui concerne cet accumulateur d'énergie électrique, il pourrait s'agir d'une batterie habituelle qui fournit le courant de fonctionnement et qui accumule l'énergie électrique en se basant sur un processus chimique. En fait, il s'est avéré que ce type d'accumulateur d'énergie ne permet la récupération d'énergie électrique qu'avec un degré d'efficacité comparativement médiocre, puisque le processus d'accumulation d'énergie par voie chimique se déroule comparativement lentement et qu'il n'est pas capable d'accumuler des parts d'énergie à des fréquences spectrales plus élevées. Par conséquent, on prévoit dans une réalisation préférée que l'unité électrique soit raccordée à une batterie qui fournit le courant de fonctionnement, et additionnellement à un accumulateur d'énergie électrique pour le courant électrique à haute fréquence que l'on doit fournir à et/ou récupérer de l'unité électrique pour l'amortissement des oscillations lors du fonctionnement des moyens de régulation. La batterie qui fournit le courant de fonctionnement peut par conséquent être réalisée sous forme d'une batterie (accumulateur) traditionnelle qui accumule l'énergie électrique en se basant sur des processus chimiques, tandis que l'accumulateur d'énergie permettant l'accumulation de courant à haute fréquence est de préférence un accumulateur à condensateur qui fournit alors l'énergie de
fonctionnement requise pour l'amortissement actif des oscillations.
Comme expliqué précédemment, les moyens de régulation à l'aide desquels on atteint un amortissement actif des oscillations agissent judicieusement uniquement à des parts spectrales qui présentent une
fréquence supérieure à une limite de fréquence prédéterminée. Au-
dessous de cette limite de fréquence, l'unité électrique est régulée quant au couple de rotation de la manière habituelle pour des groupes hybrides parallèles, au moyen d'une commande de fonctionnement ou similaire, et elle n'est pas utilisée pour l'amortissement actif des oscillations. Cependant, afin de pouvoir amortir également dans ce cas de fonctionnement des oscillations dont la fréquence est inférieure à la limite de fréquence prédéterminée, on prévoit dans une réalisation préférée un embrayage commandable dans le trajet de transmission du couple de rotation, que l'on peut régler à un glissement qui réduit ou qui élimine les parts spectrales des oscillations, en fonction des parts
spectrales du signal réel d'oscillations comportant des fréquences au-
dessous de la limite de fréquence prédéterminée. En ce qui concerne cet embrayage commandable, il s'agit judicieusement d'un embrayage à friction susceptible d'être réglé au moyen d'un servomoteur, que l'on peut agencer dans la ligne de transmission, par exemple entre le moteur
à combustion interne et l'unité électrique.
Dans ce qui suit, on va expliquer plus en détail un mode de réalisation de l'invention en se rapportant à des dessins; dans ces dessins: la figure 1 montre une illustration schématique d'un groupe moteur hybride pour un véhicule automobile; la figure 2 est un schéma-bloc d'un système d'amortissement actif du groupe moteur hybride; et les figures 3a et 3b montrent des spectres de fréquences pour expliquer
le mode d'action du système actif d'amortissement.
La figure 1 montre un groupe moteur hybride parallèle pour un véhicule automobile, avec un moteur à combustion interne 1, lequel est accouplé à une unité électrique 7, capable de fonctionner aussi bien en tant que génératrice qu'en tant que motrice électrique, par l'intermédiaire d'un embrayage à friction 5 susceptible d'être actionné au moyen d'un servomoteur électrique 3. L'unité électrique 7 est reliée de son côté à une transmission différentielle 13 qui entraîne les roues motrices 1 1 du véhicule, par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses 9, laquelle peut être une boîte automatique ou une boîte à passage
automatique, ou encore une boîte à rapports à actionnement manuel.
Lorsque l'embrayage 5 est fermé, le moteur à combustion interne 1 est en liaison motrice avec les roues 11, et capable de transmettre un couple de rotation, par l'intermédiaire de l'embrayage 5, de la boîte de vitesses 9 et de la transmission différentielle 13. L'unité électrique 7 est accouplée, dans le mode de réalisation illustré, solidairement en rotation avec l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 9, et lorsque l'embrayage 5 est fermé, elle est également reliée solidairement en
rotation avec le vilebrequin du moteur à combustion interne 1.
L'unité électrique 7 est reliée à une batterie 17, destinée à fournir le courant de fonctionnement, via un dispositif de fixation de courant 15, et elle est alimentée depuis cette batterie avec le courant lors du fonctionnement en tant que motrice, ou bien elle fournit à cette batterie le courant qu'elle produit lors du fonctionnement en tant que génératrice. Pour ce qui concerne la batterie 17, il peut s'agir d'une batterie, ou d'un accumulateur, qui accumule l'énergie électrique à l'aide de processus chimiques. Le dispositif 15 de fixation de courant assure la commutation, ainsi que le redressement éventuel et le décalage approprié de phase, des courants de pilotage multiphasés de l'unité électrique 7. En faisant varier la fréquence des courants de pilotage, on peut faire varier la vitesse de rotation de l'unité électrique 7. La commande, aussi bien de la cadence de commutation, que du couple de rotation engendré par l'unité électrique 7 lors du fonctionnement en tant que motrice, ou encore de la puissance de charge de l'unité électrique lors du fonctionnement en tant que génératrice, est déterminée par une unité de commande 19 qui commande également un organe 23 qui règle la puissance du moteur à combustion interne 1, par exemple un papillon ou un dispositif d'injection, par l'intermédiaire d'un servomoteur 21. La commande 19 réagit à une pédale 25, actionnée par le conducteur du véhicule, dont
elle détecte la déviation au moyen d'un capteur de position 27.
En outre, on a associé à l'unité de commande 19 une pluralité de capteurs qui réagissent à des paramètres de fonctionnement du véhicule. Parmi ces capteurs, on trouve une pluralité de capteurs de vitesse de rotation, comme par exemple un capteur 29 qui détecte la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 1, un capteur 31 qui détecte la vitesse de rotation à l'entrée de la boîte de vitesses 9, et donc la vitesse de rotation de l'unité électrique 7, un capteur 33 qui détecte la vitesse de rotation en sortie de la boîte de vitesses 9 et, en supplément ou en alternative au capteur 33, un capteur 35 qui détecte la vitesse de rotation des roues. Les capteurs 33 et 35 fournissent des signaux qui représentent la vitesse de circulation. En outre, on prévoit un capteur de couple 37 qui détecte le couple de rotation du moteur à combustion interne 1. Ce capteur est judicieusement prévu dans la région de l'embrayage 5, puisqu'on peut ici le réaliser sans problème au moyen de composants élastiques en torsion. Au moyen d'un capteur 39, on détecte le rapport sélectionné dans la boîte de vitesses 9, et ainsi son rapport de conversion momentané. Le cas échéant, on peut encore prévoir pour détecter des oscillations de certains composants, pour le système d'amortissement d'oscillations actif que l'on va encore expliquer en détail par la suite, un capteur de bruits 41, par exemple sur le boîtier de la boîte de vitesses 9. Au moyen d'un capteur de température 23, on peut détecter la température de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, et au moyen d'un capteur de force 45, par exemple intégré dans la suspension des roues 11, on peut déterminer le poids du véhicule. En fonction des signaux de ces capteurs, l'unité de commande 19, qui peut être une unité de commande à microprocesseur, commande d'une part la vitesse de rotation et le couple exigé du moteur à combustion interne 1, la vitesse de rotation et le couple exigé de l'unité électrique 7 lorsqu'elle fonctionne en tant que motrice, ou elle commande la puissance de charge de l'unité électrique 7 lorsqu'elle fonctionne en tant que génératrice, et elle commande le cas échéant la boîte de vitesse automatique ou semi-automatique 9, par l'intermédiaire de servomoteurs 47. Les données et les algorithmes qui déterminent le fonctionnement du moteur à combustion interne 1, de l'unité électrique 7 et de la boîte de vitesse 9 en fonction de la situation de fonctionnement les uns par rapport aux autres, sont mémorisés dans
une mémoire 49 associée à l'unité de commande 19.
Le fonctionnement d'un groupe moteur hybride parallèle de ce genre peut être commandé de façon différente. Dans une variante préférée, on utilise exclusivement l'unité électrique 7 pour le démarrage du véhicule depuis l'arrêt. Pour le reste, le moteur à combustion interne 1 fournit cependant la puissance de base pour le fonctionnement en circulation, et l'unité électrique 7 est simplement utilisée pour couvrir les besoins de pointe de puissance. Dans la mesure o le moteur à combustion interne 1 fournit plus de puissance que nécessaire pour l'entraînement du véhicule, l'unité électrique 7 fonctionne en tant que génératrice et elle charge la batterie 17. Aussi longtemps que l'unité électrique 7 assure seule l'entraînement du véhicule, l'embrayage 5 est ouvert. Bien entendu, on peut également employer d'autres stratégies pour l'entraînement, par exemple en prévoyant que l'unité électrique 7 assure l'entraînement du véhicule à de faibles vitesses de circulation, et que le moteur à combustion interne 1 assure seul l'entraînement à des vitesses de circulation élevées. En particulier avec le concept cité en dernier
lieu, on peut atteindre des vitesses de circulation élevées.
L'unité de commande 19 comprend des moyens de régulation qui assurent, à l'aide de l'unité électrique 7, un amortissement actif des oscillations qui sont provoquées par le caractère irrégulier de la rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne 1, en particulier les oscillations de rotation dans la ligne de transmission du couple de rotation entre le moteur à combustion interne 1 et les roues 11, en vue de réduire ou d'éliminer ces oscillations. A cet effet, l'unité électrique 7 est commandée, en particulier en tant que motrice, mais le cas échéant également pendant son fonctionnement en tant que génératrice, d'une manière appropriée en phase au cours d'une rotation sur 3600, de telle façon que le couple de rotation exercé par l'unité électrique 7 sur le vilebrequin du moteur à combustion interne 1, et par conséquent sur la ligne de transmission accouplée à ce moteur, s'oppose avec un effet
amortissant au caractère irrégulier du mouvement de rotation, c'est-à-
dire à l'accélération ou au retardement momentané des composants qui tournent de manière irrégulière. La figure 2 montre un schéma-bloc de l'unité de commande 19, tout ou moins dans la partie qui est concernée par l'amortissement actif. La référence 51 désigne des moyens de détection qui fournissent un signal réel d'oscillations contenant des informations relatives aux oscillations d'un composant du véhicule, en amplitude et en phase. Ces moyens de détection 51 peuvent être des capteurs de vitesse de rotation à haute résolution, qui fournissent par conséquent la vitesse angulaire momentanée sur la totalité de la plage angulaire de rotation de 3600, comme par exemple les capteurs de vitesse de rotation 29, 31, 33 ou 35 de la figure 1. Cependant, le capteur de couple de rotation 37 ou le capteur de bruits 41 peuvent également fournir des informations momentanées quant aux oscillations, en amplitude et en phase. Comme ceci deviendra plus clair par la suite, le concept de l'invention permet également un amortissement des oscillations, même lorsque l'on ne détecte pas directement la cause des oscillations, c'est-à-dire le caractère irrégulier de la rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne 1, mais que l'on détermine indirectement les effets de ce caractère irrégulier, c'est-à- dire la production de bruits, ou bien les mouvements en secousses d'un autre composant structurel du véhicule, en tant que valeurs pilotes pour les moyens de régulation. Ceci permet un choix de capteurs appropriés en fonction de la situation de circulation. On peut également de cette manière détecter de façon ciblée d'autres sources de bruits, par exemple des irrégularités qui sont induites par l'intermédiaire des essieux de roue dans la ligne de transmission du
couple de rotation, et les amortir.
Les moyens de régulation comprennent un dispositif 53 pour déterminer un spectre de fréquences du signal réel d'oscillations fourni par les moyens de détection 51, c'est-à-dire un spectre de fréquences
des informations relatives aux oscillations, en amplitude et en phase.
Ces moyens d'analyse spectrale 53 peuvent être réalisés à partir d'une pluralité de filtres sélectifs, qui sont cependant accordés à des fréquences différentes. De préférence, ces moyens d'analyse spectrale 53 sont cependant réalisés par un circuit de calcul de transformation de Fourier. Le circuit de calcul peut, selon le genre des signaux fournis par les moyens de détection, fonctionner de manière numérique ou encore
analogique, par exemple suivant le principe d'une "quasi-
transformation de Fourier". Les moyens d'analyse 53 fournissent, en fonction de la fréquence et par exemple par pas de fréquences discrets, l'amplitude et la phase des parts spectrales contenues dans le signal réel d'oscillations. Les parts spectrales dans le signal de sortie des moyensd'analyse 53 ne sont pas toutes provoquées par des oscillations indésirées et par conséquent à amortir. Certaines parts spectrales apparaissent également dans le cas de modifications désirées de la vitesse de rotation dans la ligne de transmission du couple de rotation, par exemple lorsqu'on accélère le véhicule. Afin de ne pas s'opposer à l'accélération du véhicule, on prévoit des moyens de limitation de fréquence, ici sous la forme d'un comparateur de fréquence 55, qui laisse exclusivement passer, à la manière d'un passe-haut pour l'amortissement actif des oscillations, les parts spectrales dont la fréquence spectrale f est égale ou supérieure à une fréquence limite fg. La fréquence limite fg est ainsi choisie qu'elle est située au- dessus des fréquences des parts spectrales concernées qui apparaissent lors de l'accélération maximum du véhicule. Il s'est avéré que de telles parts spectrales sont situées, pour des véhicules à entraînement hybride, à des fréquences comparativement basses, de sorte que la fréquence limite fg peut être choisie à proximité, ou la plupart du temps également au-dessous de la fréquence audible inférieure, par exemple vers 20 Hz. De cette façon, on peut amortir les oscillations et les bruits qui apparaissent dans la plage audible, sans que ceci se fasse au détriment de la dynamique de l'entraînement. En fonction du spectre de signal réel admis au comparateur de fréquences 55 et d'un spectre de signal de consigne fourni par un dispositif de prédétermination de signal de consigne 57, un régulateur 59, qui peut également être réalisé soit sous forme matérielle soit sous forme logicielle, produit des informations de pilotage qui pilotent, par l'intermédiaire de circuits de pilotage qui ne sont pas illustrés plus en détail, le circuit de pilotage de courant 15, et par conséquent qui établissent le couple de rotation de charge exercé momentanément par l'unité électrique 7 sur le moteur à combustion interne. Le dispositif de prédétermination de signal de consigne 57 comprend une mémoire de courbes caractéristiques, qui peut faire partie de la mémoire 49 (figure 1) et qui mémorise des valeurs de consigne, en fonction de la fréquence f, sous forme d'au moins une courbe caractéristique, mais en particulier sous forme d'un champ de courbes caractéristiques, qui sera encore expliqué plus en détail par la suite, en fonction d'autres paramètres. Ces valeurs de consigne, par exemple déterminées par voie empirique lors d'essais en circulation, représentent des valeurs spectrales maximum pour les valeurs spectrales à réduire ou à les éliminer dans le signal réel d'oscillations. Le régulateur 59 compare les valeurs spectrales du signal réel, en amplitude et en phase, avec les valeurs spectrales maximum fixées par les valeurs de consigne, et il fournit au circuit de pilotage de courant 15 des informations de pilotage qui réduisent les oscillations. La figure 3a montre, à l'aide d'un exemple, l'amplitude d'un spectre réel de vitesses de rotation ni, qui possède des parts spectrales au-dessus de la fréquence limite fg, autour des fréquences f0 et fl. La figure 3b montre la répartition spectrale de
l'amplitude des valeurs de consigne Ki d'une courbe caractéristique 61.
La courbe caractéristique 61 détermine la répartition spectrale, avec laquelle on doit exciter l'unité électrique en fonction de la fréquence, au moyen du dispositif de pilotage de courant 15. Pour les fréquences f0 et fl, on assure par correction d'amplitude, prédéterminée d'une façon correcte vis-à-vis de la phase, des courants de pilotage et d'excitation de l'unité électrique, une action d'amortissement qui s'oppose aux surintensités dues à la résonance dans le signal réel au niveau de ces fréquences. En principe, il suffit, au moyen de ce concept de régulation, de pouvoir amortir les oscillations au-dessous des valeurs maximum prédéterminées par les valeurs de consigne. Cependant, dans des cas individuels, on peut également superposer d'autres concepts de régulation. De tels concepts de régulation sont connus, par exemple du domaine de la régulation des champs de courbes caractéristiques pour
des moteurs à combustion interne.
Le choix des courbes caractéristiques pour les valeurs de consigne à utiliser pour l'amortissement actif des vibrations, peut avoir lieu en fonction d'autres paramètres de fonctionnement du véhicule. En particulier, on peut utiliser de façon convenable les paramètres de fonctionnement suivants, que l'on peut utiliser individuellement ou encore en groupe pour le choix des courbes caractéristiques: a) couple de rotation du moteur à combustion interne 1, comme on peut par exemple le détecter au moyen du capteur de couple de rotation 37 (figure 1); b) vitesse de rotation du moteur à combustion interne, détectée par exemple au moyen du capteur de vitesse de rotation 29; c) vitesse de circulation du véhicule, détectée par exemple au moyen des capteurs de vitesse de rotation 33 ou 35; d) température du moteur à combustion interne 1, détectée par exemple au moyen du capteur de température 43; e) rapport de conversion momentané de la boîte de vitesses 9, détecté par exemple au moyen du capteur 39 de la position de la boîte de vitesses, ou encore que l'on peut dériver à partir des signaux de positionnement du servomoteur 49 de la boîte de vitesses 9; f) poids du véhicule, détecté par exemple au moyen du capteur de poids 45; et g) fonctionnement en propulsion ou en traction du véhicule, comme on peut le déterminer à partir du signe du signal de couple de rotation du
capteur de couple 37.
Les capteurs et les servomoteurs expliqués ci-dessus sont au moins partiellement de toute façon nécessaires pour la commande du groupe moteur hybride. A cet égard, l'amortissement actif des oscillations expliqué dans ce qui précède peut être réalisé sur le plan logiciel, à l'aide de composants qui sont largement présents dans le véhicule. La référence 62 indique, sous forme d'un bloc fonctionnel, la commande de conduite qui agit également sur la commande de pilotage de courant , qui commande l'unité électrique 7 comme expliqué en introduction,
en fonction de la position de la pédale 25 ou des capteurs expliqués ci-
avant, soit seule comme par exemple lors du démarrage, soit additionnellement au moteur à combustion interne 1, de façon à assister son couple de rotation. Par l'intermédiaire de la commande de conduite 62, on commande également d'une façon connue en soi le fonctionnement de l'unité électrique 7 en tant que génératrice, ou bien encore les phases de fonctionnement dans lesquelles le moteur à combustion interne 1 assure seul le couple moteur sur les roues 11, sans
assistance de la part de l'unité électrique 7.
Pour un degré d'efficacité élevé du groupe moteur hybride 1 et pour une faible consommation de carburant du moteur à combustion interne 1, on assure une récupération de l'énergie de déplacement du véhicule grâce à un freinage électrique au moyen de l'unité électrique 7 qui fonctionne alors en tant que génératrice. L'unité électrique 7 charge dans ce cas la batterie 17 par l'intermédiaire du circuit de pilotage de courant 15. L'énergie de freinage n'est cependant pas dégagée uniquement lors du fonctionnement du véhicule en freinage, mais également en cas de ralentissement momentané du moteur à
combustion interne 1 pendant le fonctionnement d'amortissement actif.
Les parts spectrales du courant susceptibles d'être récupérées lors du fonctionnement en amortissement actif sont cependant si élevées qu'elles ne peuvent être stockées qu'avec un degré d'efficacité très médiocre dans une batterie qui accumule l'énergie électrique en se basant sur des processus chimiques. C'est pourquoi la batterie 17 est une batterie 63 qui convient également pour le stockage de courant à haute fréquence, par exemple sous la forme d'une batterie de condensateurs, branchée en parallèle, depuis laquelle l'unité électrique 7 soutire l'énergie électrique nécessaire pour l'amortissement actif, ou à laquelle cette unité électrique renvoie de l'énergie. Pendant que la commande de conduite 62 (figure 2) alimente le circuit de pilotage de courant 15 avec des courants provenant de la batterie 17, la batterie 63
fournit le courant déterminé par le régulateur 59.
Pour les parts spectrales dont la fréquence f et plus petite que la fréquence limite fg, les moyens de régulation sont inactifs. Ces parts spectrales, telles qu'elles sont indiquées à la figure 3a par une courbe en
tirets, sont cependant exploitées pour d'autres concepts de régulation.
Dans le cas du mode de réalisation, les parts spectrales du signal réel situées au-dessous de la fréquence limite fg fournissent une information réelle pour une régulation en glissement (ou une commande en glissement), dans laquelle l'embrayage à friction 5 est réglé à un faible glissement prédéterminé en vue de réduire ou d'éliminer les oscillations de rotation. Comme le montre la figure 2, un autre régulateur 65 commande le servomoteur 3 de l'embrayage, en dépendance de l'information réelle ou en dépendance d'une valeur de consigne prédéterminée par l'organe 76. Ici aussi, la valeur de consigne peut représenter une valeur spectrale maximum prédéterminée. Cependant, on peut également réaliser d'autres concepts de régulation en glissement, par exemple en fonction de la valeur du couple de rotation
à transmettre, de l'amplitude des oscillations, ou similaires.
Habituellement, il suffit d'un glissement de quelques % de la vitesse de rotation à l'entrée de l'embrayage pour amortir suffisamment des oscillations de rotation avec des parts spectrales au-dessous de la
fréquence limite.
Les propriétés d'amortissement du système d'amortissement actif des oscillations peuvent rendre totalement superflus les systèmes
d'amortissement mécanique d'oscillations.
Il est entendu que le système d'amortissement actif des oscillations expliqué ci-avant peut être également employé avec d'autres groupes moteurs hybrides. En particulier, on peut également agencer un autre embrayage commandé entre l'unité électrique et la boîte de vitesses, mais l'unité électrique peut être également accouplée sans embrayage supplémentaire directement au vilebrequin du moteur à combustion interne.
Claims (12)
1. Groupe moteur hybride pour un véhicule automobile, comprenant: - un moteur à combustion interne (1) pour l'entraînement de l'une au moins des roues (11) du véhicule, - une unité électrique (7), accouplée au moteur à combustion interne (1) ou susceptible de l'être, capable de fonctionner en tant que génératrice et/ou en tant que motrice, - des moyens de détection (29-37, 41; 51), qui fournissent un signal réel d'oscillations contenant les informations relatives aux oscillations d'un composant structurel du véhicule, en particulier d'un composant en rotation agencé dans la ligne de transmission du couple de rotation entre le moteur à combustion interne (1) et la roue (1 1), - des moyens de régulation (19, 49, 53-59), qui réagissent à un signal de consigne prédéterminé par un dispositif de prédétermination de signal de consigne et qui, en fonction des informations du signal réel d'oscillations, commandent le couple de charge exercé par l'unité électrique (7) sur le moteur à combustion interne (1), dans le sens d'une réduction ou d'une élimination des oscillations des composants structurels, caractérisé en ce que: aux moyens de régulation (19, 49, 53-59) est associé un dispositif (53) pour déterminer un spectre de fréquences du signal réel d'oscillations, et le dispositif de prédétermination de signal de consigne (57) fixe un signal de consigne avec un spectre de fréquences prédéterminé, et en ce que les moyens de régulation (19, 49, 53-59) commandent le spectre de fréquences du couple de charge exercé par l'unité électrique (7) sur le moteur à combustion interne (1) dans le sens de la réduction ou de l'élimination des surintensités d'oscillations spectrales du signal
réel d'oscillations.
2. Groupe moteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de limitation de fréquence (53) sont associés aux moyens de régulation (19, 49; 53-59), lesquels limitent le spectre de fréquences utilisé pour la commande du couple de charge dans le signal réel d'oscillations, à des fréquences au-dessus d'une limite de fréquence prédéterminée.
3. Groupe moteur hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que la limite de fréquence prédéterminée est choisie au-dessus de la fréquence spectrale qui, dans le spectre de fréquences du signal réel d'oscillations, représente une modification de la vitesse de rotation des composants en rotation lors de l'accélération motrice maximum du véhicule.
4. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le dispositif de prédétermination de signal de consigne (57) comprend une mémoire de courbes caractéristiques (49), dans laquelle sont stockées des valeurs de consigne d'au moins une courbe caractéristique pour le signal de consigne, en fonction d'un
paramètre de fréquence.
5. Groupe moteur hybride selon la revendication 4, caractérisé en ce que les valeurs de consigne forment des valeurs maximum pour des valeurs spectrales du signal réel d'oscillations qui doivent être réduites
ou éliminées par les moyens de régulation (19, 49, 53-59).
6. Groupe moteur hybride selon l'une ou l'autre des revendications 4
et 5, caractérisé en ce que la mémoire de courbes caractéristiques (49) mémorise plusieurs courbes caractéristiques en fonction d'autres paramètres de fonctionnement du véhicule, en particulier en fonction de l'un au moins des paramètres de fonctionnement que sont: a) le couple de rotation du moteur à combustion interne (1), b) la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1), c) la vitesse de circulation du véhicule, d) la température du moteur à combustion interne (1), e) le rapport de conversion momentané d'une boîte de vitesses variable (9) agencée dans la ligne de transmission du couple de rotation, f) le poids du véhicule, g) le fonctionnement en propulsion ou en traction (signe du couple de rotation), et en ce que les moyens de régulation choisissent la courbe caractéristique en fonction de l'un au moins de ces paramètres de fonctionnement.
7. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 4 à 6,
caractérisé en ce que les courbes caractéristiques sont des courbes
caractéristiques déterminées par voie empirique.
8. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que l'unité électrique (7) comprend une pluralité de pôles, et en ce que les moyens de régulation (19, 49, 53-59) commandent un dispositif de pilotage de courant (15) pour les
enroulements polaires de l'unité électrique (7).
9. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que les moyens de détection (29-37, 41; 59) comprennent au moins un capteur de vitesse de rotation (29, 31, 33, 35) qui détecte la vitesse angulaire momentanée du composant et/ou au moins un capteur de couple de rotation (37) qui détecte le couple de rotation momentané transmis par le composant et/ou au moins un
capteur de bruits (41) qui détecte des bruits à l'intérieur du véhicule.
10. Groupe moteur hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de détection (29-37, 41; 51) comprennent plusieurs capteurs qui réagissent à des paramètres d'oscillations différents et/ou à
des oscillations de composants différents.
11. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que l'unité électrique (7) est raccordée à une batterie (17) qui délivre le courant de fonctionnement, et additionnellement à un accumulateur d'énergie électrique (63), en particulier un accumulateur à condensateur, pour le courant électrique à haute fréquence à fournir à l'unité électrique (7) ou récupéré depuis celle-ci lors de l'amortissement des oscillations, lors du fonctionnement des
moyens de régulation (19, 49, 53-59).
12. Groupe moteur hybride selon l'une des revendications 2 à 11,
caractérisé en ce que la ligne de transmission du couple de rotation comprend un embrayage susceptible d'être commandé, en particulier à un embrayage à friction (5) susceptible d'être réglé par un servomoteur (3), en fonction des parts spectrales du signal réel d'oscillations à des fréquences au-dessous de la limite de fréquence prédéterminée, à un glissement qui réduit ou qui élimine ces parts spectrales des oscillations.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100129 |