FR3069829A1 - Procede et systeme de compensation des acyclismes d'un moteur thermique par une machine electrique tournante - Google Patents

Procede et systeme de compensation des acyclismes d'un moteur thermique par une machine electrique tournante Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de compensation des acyclismes d'un moteur thermique (12) de véhicule automobile, le moteur thermique (12) appartenant à une chaîne de traction (10), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de mesure d'un paramètre physique lié à la rotation d'un vilebrequin du moteur thermique (12), l'étape de mesure du paramètre physique étant réalisée au moyen d'un capteur (27, 27') disposé entre l'amortisseur (20) mécanique et le moteur thermique (12), - une étape de détermination, à partir du paramètre physique mesuré, d'une variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique (12) prenant en compte une fonction de transfert due à l'amortisseur mécanique (20), - une étape de soustraction de cette variation de couple à une consigne de couple de référence (Cref) de la machine électrique tournante (17), pour déterminer une consigne de couple de commande (Cref), - une étape de pilotage (106) de la machine électrique tournante (17) pour obtenir la consigne de couple de commande (Cref).

Description

PROCÉDÉ ET SYSTÈME DE COMPENSATION DES ACYCLISMES D'UN MOTEUR THERMIQUE PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE
La présente invention porte sur un procédé et un système de compensation des acyclismes du moteur thermique par une machine électrique tournante.
De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage. La boîte de vitesses est reliée mécaniquement aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel. Généralement, le vilebrequin du moteur thermique est connecté à un amortisseur mécanique puis à l'embrayage pour transmettre l’énergie aux roues au travers de la boîte de vitesses.
Par ailleurs, une machine électrique tournante peut être implantée dans la chaîne de traction pour améliorer le bilan énergétique du véhicule. Cette machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique pour assurer une aide à la traction. Cette machine est également apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à la batterie du véhicule et/ou aux charges couplées sur le réseau électrique.
Le moteur thermique, lorsqu’il tourne, présente des fluctuations de couple dues aux explosions et compressions du carburant dans les cylindres. Ces fluctuations de couple se traduisent par des variations importantes de vitesse qui sont amorties par l’inertie présente sur l'arbre du moteur thermique. Néanmoins, les variations restent importantes, provoquant des vibrations et des contraintes de conception pour les pièces mécaniques et cela, malgré la présence de l'amortisseur placé sur le vilebrequin du moteur thermique.
L’invention a pour but de palier, au moins en partie, à cet inconvénient en tirant profit de la présence de la machine électrique tournante placée en aval de l’amortisseur mécanique.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de compensation des acyclismes d'un moteur thermique de véhicule automobile, le moteur thermique appartenant à une chaîne de traction comportant:
- un amortisseur mécanique,
- une machine électrique tournante,
- au moins un embrayage, et
- une boîte de vitesses, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de mesure d'un paramètre physique lié à la rotation d'un arbre de sortie du moteur thermique,
- l'étape de mesure du paramètre physique étant réalisée au moyen d'un capteur disposé entre l'amortisseur mécanique et le moteur thermique,
- une étape de détermination, à partir du paramètre physique mesuré, d'une variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique prenant en compte une fonction de transfert due à l’amortisseur mécanique,
- une étape de soustraction de cette variation de couple à une consigne de couple de référence de la machine électrique tournante, pour déterminer une consigne de couple de commande,
- une étape de pilotage de la machine électrique tournante pour obtenir la consigne de couple de commande.
L’invention permet ainsi de réduire les variations de couple du moteur thermique grâce à la machine électrique tournante qui réalise une fonction de compensation des acyclismes en plus de ses fonctions génériques de moteur et de générateur prenant ou fournissant un courant à la batterie du véhicule.
Selon une mise en oeuvre, l'étape de détermination de la variation de couple liée à l'acyclisme comporte une étape d'application, sur le signal de mesure du paramètre physique, d'un filtre représentatif d'un amortissement de l'acyclisme du moteur thermique par l'amortisseur mécanique.
Selon une mise en oeuvre, le filtre représentatif d'un amortissement de l'acyclisme du moteur thermique par l'amortisseur mécanique est déterminé en fonction de l'ensemble de la chaîne cinématique.
Selon une mise en oeuvre, le filtre représentatif de l'amortissement de l'acyclisme tient compte une charge inertielle appliquée sur l’amortisseur mécanique, par exemple du poids de la machine électrique tournante et de l'amortisseur.
Selon une mise en œuvre, préalablement à l'étape d'application du filtre représentatif de l'amortissement, ledit procédé comporte une étape de suppression d'une composante continue du signal de mesure du paramètre physique.
Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte une étape d'inversion du signal de mesure du paramètre physique dont la composante continue a été supprimée.
Selon une mise en œuvre, le paramètre physique mesuré est un couple.
Selon une mise en œuvre, le paramètre physique mesuré est une vitesse de rotation. Dans ce cas, ledit procédé comporte en outre une étape de correction de phase afin de convertir la vitesse de rotation en couple.
Selon une mise en œuvre, la machine électrique tournante est disposée entre l'embrayage et le moteur thermique.
Selon une mise en œuvre, la machine électrique tournante est disposée entre deux embrayages, de sorte à permettre un mode de roulage électrique et un mode de roulage thermique du véhicule automobile.
L'invention a également pour objet un système de compensation des acyclismes d'un moteur thermique de véhicule automobile, le moteur thermique appartenant à une chaîne de traction comportant:
- un amortisseur mécanique,
- une machine électrique tournante,
- au moins un embrayage, et
- une boîte de vitesses, caractérisé en ce que ledit système comporte:
- un capteur de mesure d'un paramètre physique lié à la rotation d'un vilebrequin du moteur thermique, ledit capteur de mesure étant disposé entre l'amortisseur mécanique et le moteur thermique,
- des moyens de détermination, à partir du paramètre physique mesuré, d'une variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique,
- des moyens de soustraction de cette variation de couple à une consigne de couple de référence de la machine électrique tournante, pour déterminer une consigne de couple de commande,
- des moyens de pilotage de la machine électrique tournante pour obtenir la 5 consigne de couple de commande.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
Les figures 1a et 1b sont des représentations schématiques illustrant deux îo modes de réalisation d'une chaîne de traction pour véhicule automobile avec laquelle est mis en oeuvre le procédé de compensation des acyclismes du moteur thermique selon la présente invention;
La figure 2a est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un système de compensation des acyclismes du moteur thermique selon la présente invention;
La figure 2b est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention mis en oeuvre avec le système de compensation des acyclismes de la figure 2a;
La figure 3a est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un système de compensation des acyclismes du moteur thermique selon la présente invention;
La figure 3b est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention mis en oeuvre avec le système de compensation des acyclismes de la figure 3a;
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
Les figures 1a et 1b montrent une chaîne de traction 10 implantée sur un train 11 d'un véhicule automobile.
Cette chaîne de traction 10 comporte un moteur thermique 12 et une boîte de vitesses 13 munie d'un arbre d'entrée 13.1 et d'un arbre de sortie 13.2 connecté aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel 16. Un embrayage K1 est interposé entre le moteur thermique 12 et l'arbre d'entrée 13.1 de la boîte de vitesses 13.
Une machine électrique tournante 17 de type réversible est disposée entre l'embrayage K1 et le moteur thermique 12. Plus précisément, cette machine électrique 17 est disposée entre l'embrayage K1 et un amortisseur mécanique 20 monté sur le vilebrequin du moteur thermique 12.
La machine électrique 17 est apte à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif délivrant du courant sur le réseau par exemple pour recharger une batterie (non représentée) et/ou fournir du îo courant à des charges, ainsi que dans un mode moteur pour assister le moteur thermique 12 et, le cas échéant avec l'embrayage KO ouvert pour assurer un roulage électrique du véhicule, tel que cela est montré sur la figure 1b.
Avantageusement, comme cela est représenté sur les figures 2a et 3a, l'amortisseur mécanique 20, la machine électrique 17, ainsi que l'embrayage K1 sont contenus dans un même boîtier 21.
Une machine électrique tournante 24 optionnelle pourra être accouplée au moteur thermique 12 via la face avant, sur la courroie façade accessoires. Le dispositif de transmission de mouvement 25 entre le moteur thermique 12 et la machine électrique 24 pourra par exemple comporter une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine 24. Cette machine électrique 24, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger la batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 12 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique.
La machine électrique 17 présente de préférence une tension de fonctionnement de 48V. En variante, la machine 17 peut présenter une tension de fonctionnement comprise dans la gamme 48V et 350V. La machine électrique 24 présente une tension de fonctionnement de 12V, 24V, ou 48V. Les machines électriques 17, 24 pourront respectivement par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents, et synchrone à rotor bobiné. Il est possible d’utiliser des machines asynchrones.
Dans le mode de réalisation de la figure 1b, on fait appel au deuxième embrayage KO. La machine électrique 17 est montée entre le premier embrayage K1 et le deuxième embrayage KO. Ainsi, dans un mode de fonctionnement électrique, l'embrayage KO est ouvert tandis que K1 est fermé. Dans un mode de fonctionnement thermique, les deux embrayages KO et K1 sont fermés.
îo On décrit ci-après, en référence avec les figures 2a et 2b, une première mise en oeuvre du système et du procédé de compensation des acyclismes du moteur thermique 12 selon l'invention.
Un capteur 27 de type couple-mètre disposé entre l'amortisseur mécanique 20 et le moteur thermique 12 assure, dans une étape 100, une mesure du couple du vilebrequin du moteur thermique 12. Le signal de mesure de couple obtenu est référencé S_C.
Dans une étape 101, on détermine ensuite, à partir du couple mesuré, la variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique 12.
A cet effet, dans une étape 102, la composante continue du signal de couple
S_C est supprimée au moyen du module 29.
Dans une étape 103, le signal S_C' de sortie du module 29 de suppression de composante continue est inversé et comporte un gain qui peut être unitaire au moyen du module 30.
Puis, un filtre 33 est appliqué, dans une étape 104, sur le signal issu du module inverseur 30. Ce filtre 33 est représentatif d'un amortissement de la chaîne cinématique, c'est-à-dire un amortissement de l'acyclisme du moteur thermique 12 par l'amortisseur mécanique 20. Ce filtre 33 tient compte notamment de la charge inertielle appliquée sur l’amortisseur, par exemple du poids de la machine électrique 17 et de l'amortisseur 20.
Dans une étape 105, cette variation de couple est combinée, à l'aide d'un additionneur 34, avec une consigne de couple de référence Cref de la machine électrique tournante 17, pour déterminer une consigne de couple de commande Cref qui intègre la variation de couple à appliquer pour compenser l'acyclisme du moteur thermique 12. On précise ici qu'un additionneur 34 a été utilisé, car le signal S_C' a préalablement été inversé à l'aide du module 30. En variante, de façon strictement équivalente, il serait possible de supprimer le module inverseur 30 et d'utiliser un module comparateur soustrayant la variation de couple liée à l'acyclisme au couple îo de référence Cref.
La machine électrique tournante 17 est ensuite pilotée, dans étape 106, pour obtenir la consigne de couple de commande Cref.
A cet effet, la consigne de couple de commande Cref est appliquée dans une chaîne 36 d'asservissement en couple classique de la machine électrique 17. Cette chaîne 36 comporte un comparateur 37 pour comparer le signal de couple de commande d'entrée Cref avec le signal de sortie d'un modèle 38 de la machine électrique tournante 17. Ce modèle 38 est en relation avec des modules de puissance 39 d'un pont redresseur à transistors ayant également une fonction d'onduleur pour injecter des courants dans les enroulements de phase du stator 17.1 afin d'obtenir la consigne de couple de commande souhaitée Cref sur l'arbre sur lequel est monté le rotor 17.2 de la machine 17. Le signal de sortie du comparateur 37 est avantageusement corrigé à l'aide d'un correcteur 42, par exemple de type PI (Proportionnel-lntégral) ou P(Proportionnel).
On décrit ci-après, en référence avec les figures 3a et 3b, une deuxième mise en oeuvre du système et du procédé de compensation des acyclismes du moteur thermique 12 selon l'invention. Le signal de mesure de vitesse obtenu est référencé S_V.
Un capteur de vitesse 27' disposé entre l'amortisseur mécanique 20 et le moteur thermique 12 assure, dans une étape 100, une mesure de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur thermique 12.
Dans une étape 101, on détermine ensuite, à partir de la vitesse de rotation mesurée, la variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique 12.
A cet effet, dans une étape 102, la composante continue du signal de vitesse S_V est supprimée au moyen du module 29.
Dans une étape 103, le signal S_V' de sortie du module 29 de suppression de composante continue est inversé au moyen du module 30.
Puis, un filtre 33 est appliqué, dans une étape 104, sur le signal issu du module inverseur 30. Ce filtre 33 est représentatif d'un amortissement de l'acyclisme du moteur thermique 12 par l'amortisseur mécanique 20. Ce filtre îo 33 tient compte notamment de la charge inertielle appliquée sur l’amortisseur, par exemple du poids de la machine électrique 17 et de l'amortisseur 20.
Dans une étape 105, une correction de phase est appliquée, via le module 41, sur le signal issu du filtre 33 pour convertir la vitesse de rotation en une variation de couple liée à l'acyclisme. En l'occurrence, le déphasage appliqué est de 90 degrés.
Dans une étape 106, cette variation de couple est combinée, à l'aide d'un additionneur 34, avec une consigne de couple de référence Cref de la machine électrique tournante 17, pour déterminer une consigne de couple de commande Cref qui intègre le couple variable à appliquer pour compenser l'acyclisme du moteur thermique 12. On précise ici qu'un additionneur 34 a été utilisé, car le signal S_C' a préalablement été inversé à l'aide du module 30. En variante, de façon strictement équivalente, il serait possible de supprimer le module inverseur 30 et d'utiliser un module comparateur soustrayant la variation de couple liée à l'acyclisme au couple de référence Cref.
La machine électrique tournante 17 est ensuite pilotée, dans étape 107, pour obtenir la consigne de couple de commande Cref.
A cet effet, la consigne de couple de commande Cref est appliquée dans une chaîne 36 d'asservissement en couple classique de la machine électrique 17. Cette chaîne 36 comporte un comparateur 37 pour comparer le signal de couple de commande d'entrée Cref avec le signal de sortie d'un modèle 38 de la machine électrique tournante 17. Ce modèle 38 est en relation avec des modules de puissance 39 d'un pont redresseur à transistors ayant également une fonction d'onduleur pour injecter des courants dans les enroulements de phase du stator 17.1 afin d'obtenir la consigne de couple de commande souhaitée Cref sur l'arbre sur lequel est monté le rotor 17.2 de la machine 17. Le signal de sortie du comparateur 37 est avantageusement corrigé à l'aide d'un correcteur 42 par exemple de type PI (Proportionnel-lntégral) ou P(Proportionnel).
îo Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de compensation des acyclismes d'un moteur thermique (12) de véhicule automobile, le moteur thermique (12) appartenant à une chaîne de traction (10) comportant :
    - un amortisseur mécanique (20),
    - une machine électrique tournante (17),
    - au moins un embrayage (K1), et
    - une boîte de vitesses (13), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
    - une étape de mesure (100) d'un paramètre physique lié à la rotation d'un arbre de sortie du moteur thermique (12),
    - l'étape de mesure du paramètre physique étant réalisée au moyen d'un capteur (27, 27') disposé entre l'amortisseur mécanique (20) et le moteur thermique (12),
    - une étape de détermination (101), à partir du paramètre physique mesuré, d'une variation de couple liée à l'acyclisme du moteur thermique (12) prenant en compte une fonction de transfert due à l’amortisseur mécanique (20),
    - une étape de soustraction (105) de cette variation de couple à une consigne de couple de référence (Cref) de la machine électrique tournante (17), pour déterminer une consigne de couple de commande (Cref),
    - une étape de pilotage (106) de la machine électrique tournante (17) pour obtenir la consigne de couple de commande (Cref).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination (101) de la variation de couple liée à l'acyclisme comporte une étape (104) d'application, sur le signal de mesure du paramètre physique, d'un filtre (33) représentatif d'un amortissement de l'acyclisme du moteur thermique (12) par l'amortisseur mécanique (20).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre (33) représentatif de l'amortissement de l'acyclisme tient compte d'une charge inertielle appliquée sur l’amortisseur mécanique (20).
  4. 4. Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que préalablement à l'étape d'application du filtre (33) représentatif de l'amortissement, ledit procédé comporte une étape (102) de suppression d'une composante continue du signal de mesure du paramètre physique.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'inversion (103) du signal de mesure du paramètre physique dont la composante continue a été supprimée.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le paramètre physique mesuré est un couple.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le paramètre physique mesuré est une vitesse de rotation.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de correction de phase (105) afin de convertir la vitesse de rotation en couple.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (17) est disposée entre l'embrayage (K1) et le moteur thermique (12).
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (17) est disposée entre deux embrayages (KO, K1) de sorte à permettre un mode de roulage électrique et un mode de roulage thermique du véhicule automobile.
  11. 11. Système de compensation des acyclismes d'un moteur thermique (12) de véhicule automobile, le moteur thermique (12) appartenant à une chaîne de traction (10) comportant:
    - un amortisseur mécanique (20),
    - une machine électrique tournante (17),
    - au moins un embrayage (KO; K1), et
    - une boîte de vitesses (13), caractérisé en ce que ledit système comporte:
    - un capteur de mesure (27, 27') d'un paramètre physique lié à la rotation d'un vilebrequin du moteur thermique (12), ledit capteur de mesure (27, 27') étant disposé entre l'amortisseur mécanique (20) et le moteur thermique (12),
    - des moyens de détermination (29, 30, 33), à partir du paramètre physique mesuré, d'une variation de couple liée à l'acyclisme du moteur
    5 thermique (12),
    - des moyens de soustraction (37) de cette variation de couple à une consigne de couple de référence (Cref) de la machine électrique tournante (17), pour déterminer une consigne de couple de commande (Cref),
    - des moyens de pilotage (36, 37, 38, 39, 42) de la machine électrique îo tournante (17) pour obtenir la consigne de couple de commande (Cref).
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