FR3100195A1 - Procédé de détermination d’un régime moteur de décollage pour une amélioration de la prestation acoustique et vibratoire dans les vehicules - Google Patents

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Abstract

Le procédé détermine une consigne de régime moteur de décollage (RC) qui est destinée à être fournie au moteur thermique d’un véhicule équipé d’une boîte de vitesses de type automatique lors d’un décollage de celui-ci, la consigne de régime moteur de décollage étant déterminée préalablement à son enregistrement en mémoire (E3) dans un calculateur du véhicule. Conformément à l’invention, le procédé comprend une estimation (E1) d’un couple moteur maximum (CMmax) que le moteur thermique doit délivrer lors d’un décollage dans différentes situations de vie du véhicule, et une détermination (E2) de la consigne de régime moteur de décollage à partir du couple moteur maximum et d’une courbe (CRC) donnant des valeurs autorisées de régime moteur en fonction du couple moteur délivré par le moteur thermique, les valeurs autorisées de régime moteur ayant été calculée préalablement de façon à exclure des régimes moteur susceptibles de provoquer une amplification des excitations vibratoires du moteur thermique dans le véhicule. Fig.4

Description

PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION D’UN RÉGIME MOTEUR DE DÉCOLLAGE POUR UNE AMÉLIORATION DE LA PRESTATION ACOUSTIQUE ET VIBRATOIRE DANS LES VEHICULES
L’invention concerne de manière générale la réduction du niveau vibratoire et acoustique dans l’habitacle d’un véhicule lors du décollage de celui-ci, en vue d’améliorer le confort et l'agrément de conduite du véhicule. Par « décollage », on entend une situation de vie dans laquelle le véhicule entre en mouvement pour passer d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de détermination d’une consigne de régime moteur de décollage qui est fournie au moteur thermique d’un véhicule lors de son décollage, en vue d’améliorer la prestation acoustique et vibratoire dans l’habitacle du véhicule.
De manière générale, l’invention est applicable dans les véhicules équipés d’une boîte de vitesses automatique. La terminologie « boîte de vitesses automatique » doit ici être interprétée de manière large et recouvre notamment les boîtes de vitesses manuelles pilotées ou robotisées, les boîtes de vitesses de type à double embrayage et les boîtes de vitesses de type à convertisseur de couple, non exclusivement. Les boîtes de vitesses pourront être associées avec différents types d’organe de couplage, typiquement un embrayage sec dans une boîte de vitesses manuelle pilotée et un embrayage sec ou humide dans une boîte de vitesses à double embrayage.
Avec les groupes motopropulseurs munis d’une boîte de vitesses automatique, la procédure de décollage est lancée lorsque le véhicule est à l’arrêt avec le moteur thermique tournant, le levier de boîte de vitesses est dans la position de marche avant, dite « Drive » ou « D », la pédale de frein est relâchée et l’organe de couplage, typiquement un embrayage sec ou humide, est ouvert. La procédure de décollage commence par amener le régime du moteur thermique à un régime moteur cible de décollage qui a été prédéfini. Une fois le régime moteur cible de décollage atteint, le premier rapport de la boîte de vitesses étant engagé, l’organe de couplage commence à se fermer et à transmettre du couple du moteur thermique à la boîte de vitesses et à la roue. L’organe de couplage patine jusqu’à ce que la vitesse du véhicule atteigne une certaine vitesse déterminée sur le premier rapport de la boîte de vitesses, et se ferme ensuite. La procédure de décollage est alors arrêtée et le régime moteur quitte le régime moteur cible de décollage pour adopter une valeur de régime correspondant à l’enfoncement de la pédale d’accélération par le conducteur et au rapport de la boîte de vitesses qui change en fonction de l’enfoncement de la pédale d’accélération.
Le régime moteur cible de décollage est fixé à une valeur unique, cette même valeur étant utilisée pour réaliser les différents décollages du véhicule. Le régime moteur cible de décollage est enregistré une fois pour toutes dans le calculateur de contrôle moteur lors de la calibration de celui-ci. Le régime moteur cible de décollage est défini en fonction du couple moteur disponible à ce régime moteur, ainsi que du niveau acoustique et de la consommation en carburant du moteur à ce régime. Il est nécessaire d’avoir un couple moteur suffisamment important pour assurer les différents types de décollages, en fonction des différents enfoncements de la pédale d’accélération par le conducteur. Il faut aussi lors du décollage limiter la consommation en carburant et conserver un niveau de bruit acceptable dans l’habitacle, consommation en carburant et niveau de bruit qui augmentent avec le régime moteur.
Les courbes montrées à Fig.1 représentent, à titre illustratif pour un moteur thermique de puissance moyenne, l’évolution du couple moteur en fonction du temps pour différents régimes moteur. Comme visible dans ces courbes, le couple fourni par le moteur thermique au régime de ralenti (de l’ordre de 750 tr/mn) est inférieur à 80 Nm, alors que celui disponible à 2000 tr/min est supérieur à 150 Nm.
Le moteur thermique doit être amené à un régime élevé pour avoir du couple disponible rapidement et pouvoir assurer un décollage pour l’ensemble des situations de vie du véhicule, alors que les réductions voulues de la consommation en carburant et du bruit demandent un régime moteur le plus bas possible, idéalement proche du ralenti. Ainsi, le régime moteur cible de décollage est établi à une valeur de compromis qui est habituellement de l’ordre de 1600 tr/mn.
Comme illustré à la Fig.2, le groupe motopropulseur 1 est monté sur des cales de suspension élastiques 2 dans le véhicule. Normalement, l’excitation fréquentielle du moteur thermique est filtrée par les cales de suspension élastiques avant d’être transmise à la structure du véhicule. Cependant, selon le niveau de précharge des cales, des vibrations peuvent être transmises dans la structure du véhicule et être fortement perceptibles par le conducteur et les passagers.
Le niveau de précharge sur les cales du groupe motopropulseur est fonction du couple à la roue qui dépend lui-même de la pente et/ou de la masse embarquée dans le véhicule. Les contraintes mécaniques appliquées sur les cales induisent une modification de leur raideur. Cette modification de raideur fait remonter sur les cales des modes propres de résonnance du groupe motopropulseur qui peuvent s’approcher ou croiser l’excitation fréquentielle du moteur thermique, comme l’harmonique H1,5 pour un moteur à trois cylindres, voire H1 si le moteur est mal équilibré, et l’harmonique H2 pour les moteurs à quatre cylindres. Lorsque le mode propre de vibration du groupe motopropulseur sur ses cales correspondant à la fréquence d’excitation principale du moteur thermique a une fréquence suffisamment proche de celle de l’harmonique principale du moteur thermique, il se produit alors un phénomène d’amplification de l’excitation de l’harmonique principale du moteur par le mode propre de résonnance du groupe motopropulseur sur ses cales. Un tel phénomène vibratoire se propage dans la structure du véhicule. Il peut se produire dans différentes situations de vie du véhicule, mais ses effets sont plus critiques lors d’un décollage car c’est la situation de vie présentant les plus forts couples à des régimes moteur relativement faibles. Dans un véhicule équipé d’une boîte de vitesses manuelle, lorsque ce phénomène vibratoire apparaît lors d’un décollage, le conducteur le corrige naturellement par actionnement sur la pédale d’embrayage et la pédale d’accélération du véhicule. Par contre, dans les véhicules de l’état de la technique équipés d’une boîte de vitesses automatique, un tel phénomène vibratoire peut se produire lors de la procédure de décollage et dégrader la prestation acoustique et vibratoire dans l’habitacle du véhicule.
Le document FR2879526A1 divulgue un procédé d'aide au décollage d'un véhicule automobile dans lequel une consigne de régime moteur est d’abord calculée à partir d'un paramètre apte à détecter la volonté du conducteur. Un couple d'assistance au décollage est calculé ensuite à partir de la consigne de régime moteur pour tenir compte d’un couple inertiel nécessaire à l’accélération des pièces rotatives de la chaîne de traction et est utilisé lors du décollage du véhicule.
Il est souhaitable d’apporter une solution aux inconvénients susmentionnés de l’état de la technique en proposant un procédé de détermination de la consigne de régime à fournir au moteur thermique du véhicule lors de son décollage, en vue d’améliorer la prestation acoustique et vibratoire.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de détermination d’une consigne de régime moteur de décollage qui est destinée à être fournie au moteur thermique d’un véhicule équipé d’une boîte de vitesses de type automatique lors d’un décollage de celui-ci, la consigne de régime moteur de décollage étant déterminée préalablement à son enregistrement en mémoire dans un calculateur du véhicule. Conformément à l’invention, le procédé comprend une estimation d’un couple moteur maximum que le moteur thermique doit délivrer lors d’un décollage dans différentes situations de vie du véhicule, et une détermination de la consigne de régime moteur de décollage à partir du couple moteur maximum et d’une courbe donnant des valeurs autorisées de régime moteur en fonction du couple moteur délivré par le moteur thermique, les valeurs autorisées de régime moteur ayant été calculée préalablement de façon à exclure des régimes moteur susceptibles de provoquer une amplification des excitations vibratoires du moteur thermique dans le véhicule.
Selon une caractéristique particulière, le couple moteur maximum est estimé à partir d’un couple moteur nécessaire pour décoller le véhicule lorsque celui est à son poids total autorisé en charge.
Selon une autre caractéristique particulière, le couple moteur maximum est estimée à partir du couple moteur nécessaire pour décoller le véhicule lorsque celui est à son poids total autorisé en charge et sur une pente de dix pourcent (10%).
Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un calculateur dans un véhicule équipé d’une boîte de vitesses de type automatique, ce calculateur comprenant une mémoire dans laquelle est enregistrée une consigne de régime moteur de décollage déterminée par la mise en œuvre du procédé décrit brièvement ci-dessus.
Selon une caractéristique particulière, le calculateur est un calculateur de contrôle moteur du véhicule.
L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un calculateur tel qu’indiqué ci-dessus.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig.1 est une courbe montrant l’évolution du couple moteur en fonction du temps, pour plusieurs régimes de moteur thermique.
La Fig.2 est une vue en perspective montrant un groupe motopropulseur monté sur ses cales élastiques de suspension.
La Fig.3 est un bloc-diagramme d’un groupe motopropulseur de véhicule et d’un calculateur de contrôle moteur dans lequel est enregistrée en mémoire une consigne de régime moteur de décollage déterminée en mettant en œuvre le procédé selon l’invention.
La Fig.4 montre différentes étapes incluses dans le procédé selon l’invention.
La Fig.5 montre une courbe des fréquences de résonnance les plus élevées des modes propres du groupe motopropulseur sur ses cales élastiques de suspension en fonction du couple à la roue.
La Fig.6 montre une courbe de fréquences interdites et une courbe de fréquences limites en fonction du couple à la roue.
La Fig.7 montre une courbe de fréquences interdites et une courbe de fréquences limites en fonction du couple moteur.
La Fig.8 montre une courbe de régimes moteur interdits et une courbe de régimes moteur limites en fonction du couple moteur.
En référence à la Fig.3, il est considéré un véhicule comprenant un groupe motopropulseur GMP. Le groupe motopropulseur GMP comporte un moteur thermique MT et une boîte de vitesse automatique BV. Un organe de couplage OC, par exemple un embrayage sec, assure la fonction de transmission du couple moteur, fourni par le moteur thermique MT, vers la boîte de vitesse BV.
Dans le véhicule, un calculateur de contrôle moteur CTRL assure la commande du groupe motopropulseur GMP en appliquant des stratégies de commande aptes à répondre aux différentes situations de vie du véhicule. Le calculateur de contrôle moteur CTRL met en œuvre les stratégies de commande en fonction des actions du conducteur sur différents organes de commande du véhicule, comme la pédale d’accélération et le levier de boîte de vitesse, et des informations en provenance de différents capteurs. Les informations provenant de capteurs et autres organes, nécessaires pour les stratégies de commande, sont lues par le calculateur de contrôle moteur CTRL typiquement sur le réseau de communication de données du véhicule, par exemple de type bus « CAN ».
La procédure de décollage du véhicule est gérée par un module logiciel DEC qui est hébergé et exécuté dans un calculateur. Il est considéré ici que ce module logiciel DEC est hébergé dans le calculateur de contrôle moteur CTRL. Le module logiciel DEC est implanté dans une mémoire MEM du calculateur de contrôle moteur CTRL. La procédure de décollage est gérée par le module logiciel DEC par l’exécution d’instructions de code de programme dans un processeur (non représenté) du calculateur de contrôle moteur CTRL.
Le module logiciel DEC utilise une consigne de régime moteur RC qui doit être appliquée pendant le décollage du véhicule. Cette consigne de régime moteur RC, appelée également par la suite « régime moteur cible de décollage RC », a été préalablement déterminée conformément au procédé de l’invention et mise en mémoire dans le calculateur de contrôle moteur CTRL, typiquement lors de la calibration de celui-ci. Le calculateur de contrôle moteur CTRL ajuste différents paramètres de commande PAR du moteur thermique MT pour obtenir ce régime moteur cible de décollage RC voulu pendant le décollage.
En référence maintenant plus particulièrement aux Figs.4 à 8, il est décrit en détail ci-dessus le procédé selon l’invention mis en œuvre pour déterminer le régime moteur cible de décollage RC qui est mis en mémoire dans le calculateur de contrôle moteur CTRL.
Les fréquences propres de résonnance du groupe motopropulseur GMP sur ses cales sont liées à la raideur des cales. La raideur des cales varie avec le niveau de contrainte mécanique qui leur est appliquée. La contrainte mécanique appliquée sur les cales est dépendante du couple moteur, désigné CM ci-après, délivré par le moteur thermique MT. Les fréquences propres de résonnance du groupe motopropulseur GMP sur ses cales dépendent donc du couple moteur CM.
Conformément au procédé de l’invention, il est établi une courbe, désignée CRCci-après, qui permet de déterminer des valeurs autorisées de régime moteur en fonction du couple moteur CM délivré par le moteur thermique, pour un véhicule considéré. Ces valeurs autorisées de régime moteur sont des valeurs qui engendreront une excitation fréquentielle se situant au-delà des fréquences propres de résonnance du groupe motopropulseur GMP sur ses cales. La courbe CRCprocure ainsi un filtrage des régimes critiques qui produiraient des vibrations dans la structure du véhicule.
La Fig.4 montre les principales étapes E1 à E3 et S1 à S4 incluses dans le procédé selon l’invention.
A l’étape E1, il est déterminé le couple moteur maximum CMmax qui peut être atteint lors d’un décollage dans les différentes situations de vie du véhicule. Par exemple, c’est le couple moteur nécessaire pour décoller le véhicule à son maximum autorisé de charge, ou autrement dit, à son poids total autorisé en charge, et sur une pente de 10% qui sera retenu comme étant le couple moteur maximum CMmax.
A l’étape E2, le régime moteur cible de décollage RC correspondant au couple moteur maximum CMmax déterminé à l’étape E1 est lu sur la courbe CRC.
A l’étape E3, le régime moteur cible de décollage RC déterminé à l’étape E2 est enregistré en mémoire dans le calculateur du véhicule gérant la procédure de décollage. Typiquement, ce calculateur est le calculateur de contrôle moteur (CTRL à la Fig.3) du véhicule et le régime moteur cible de décollage RC est enregistré lors de la calibration de celui-ci.
Les étapes S1 à S4 montrées à la Fig.4 concerne la méthode ME utilisée conformément au procédé de l’invention pour déterminer la courbe CRC. Cette méthode ME est détaillée ci-dessous en référence aussi aux Figs.5 à 8.
A l’étape S1, comme visible à la Fig.5 pour l’exemple d’un groupe motopropulseur avec un moteur thermique à trois cylindres, il est déterminé une courbe CFRdonnant la fréquence de résonnance la plus élevée FR des modes propres de résonnance du groupe motopropulseur sur ses cales en fonction du couple à la roue CR.
A l’étape S2, comme visible à la Fig.6 avec le même exemple qu’à la Fig.5, il est calculé une courbe de fréquences interdites CFIet une courbe de fréquences limites CFL. La courbe de fréquences interdites CFIdonne une fréquence interdite FI en fonction du couple à la roue CR. La courbe de fréquences limites CFLdonne une fréquence limite FL en fonction du couple à la roue CR.
La courbe de fréquences interdites CFIest obtenue directement à partir de la courbe CFRcalculée à l’étape S1 en ajoutant aux fréquences FR de la courbe CFRune marge MG comprise entre +2 Hz et +5 Hz. Ainsi, les fréquences interdites FI de la courbe CFIsont données par l’égalité : FI=MG.FR.
La marge MG est fonction du mode excité. La marge MP est une marge minimale à mettre entre l’excitation fréquentielle du moteur thermique et la fréquence de résonnance FR la plus élevée du groupe motopropulseur sur ses cales pour éviter une amplification de la fréquence d’excitation de l’harmonique principale du moteur thermique par le mode propre de résonnance du groupe motopropulseur sur ses cales.
La courbe de fréquences limites CFLest obtenue en appliquant une fonction maximum MAX entre la courbe CFIet la courbe CFRpondérée par un coefficient Racine (2), soit Racine (2) = 1,414 en valeur arrondie. Ainsi, les fréquences limites FL de la courbe CFLsont données par l’égalité : FL=MAX (FI ; 1,414.FR), la fonction MAX déterminant la fréquence limite FL comme étant la fréquence la plus élevée entre FI et 1,414.FR.
A l’étape S3, comme visible à la Fig.7 avec le même exemple qu’aux Figs.5 et 6, il est calculé une courbe de fréquences interdites CFI2et une courbe de fréquences limites CFL2donnant une fréquence interdite FI2 et une fréquence limite FL2, respectivement, en fonction du couple moteur CM. Les courbes CFI2et CFL2sont obtenues à partir des courbes CFIet CFLen calculant le couple moteur CM correspondant au couple à la roue CR lorsque l’organe de couplage OC est fermé.
Le couple moteur CM est obtenu en divisant le couple à la roue CR par de rapport de démultiplication RD de la boîte de vitesses et en ajoutant le couple d’inertie CI, soit CM=(CR/RD)+CI. Le couple d’inertie CI est obtenu par le produit de l’inertie des lignes d’arbre de la boîte de vitesses et de l’accélération angulaire des pièces en rotation.
A l’étape S4, comme visible à la Fig.8 avec le même exemple qu’aux Figs.5 à 7, il est calculé une courbe de régimes moteurs interdits CRMIet une courbe de régimes moteurs limites CRMLdonnant un régime moteur interdit RMI et un régime moteur limite RML, respectivement, en fonction du couple moteur CM. Les courbes CRMIet CRMLsont obtenues à partir des courbes CFI2et CFL2en calculant le régime moteur interdit RMI et le régime moteur limite RML correspondant à la fréquence interdite FI2 et la fréquence limite FL2, respectivement.
Les régimes moteur RMI et RML sont déduits à partir des fréquences FI2 et FL2, respectivement, en utilisant l’égalité suivante : RM=F.60/HP, dans laquelle RM est le régime moteur en tours/minute, F est la fréquence et HP est l’harmonique principale du moteur thermique. L’harmonique principale du moteur thermique à quatre temps est déterminée essentiellement par le nombre de cylindres de celui-ci. Ainsi, l’harmonique principale HP d’un moteur thermique à quatre temps est :
- H1,5 pour un moteur à trois cylindres (H1 pour un moteur à trois cylindres non équilibré),
- H2 pour un moteur à quatre cylindres,
- H3 pour un moteur à six cylindres,
- etc…
Dans le cas de l’exemple considéré ici d’un moteur thermique à trois cylindres, en considérant que ce moteur soit équilibré, l’égalité RM=F.60/1,5 est utilisée pour calculer les régimes moteur RMI et RML.
L’une ou l’autre des courbes CRMIet CRMLpourra être utilisée par le procédé de l’invention comme étant la courbe CRC. Le choix dépendra de la stratégie de commande du groupe motopropulseur. Ainsi, par exemple, si des réductions de la consommation en carburant et du bruit sont privilégiées, la courbe CRMIpourra être choisie pour la courbe CRC. Dans le cas contraire, la courbe CRMLpourra être choisie pour la courbe CRCet offrira une plus forte garantie contre l’apparition du phénomène vibratoire décrit plus haut.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.

Claims (6)

  1. Procédé de commande du décollage d’un véhicule équipé d’une boîte de vitesses de type automatique (BV) comprenant une fourniture à un calculateur (CTRL) dudit véhicule d’une consigne de régime moteur de décollage (RC) à un moteur thermique (MT) dudit véhicule, caractérisé en ce que ladite consigne de régime moteur de décollage (RC) est déterminée à partir d’une estimation (E1) d’un couple moteur maximum (CMmax) délivré par ledit moteur thermique (MT) lors d’un décollage dans différentes situations de vie dudit véhicule et d’une courbe (CRC) donnant des valeurs autorisées de régime moteur en fonction du couple moteur (CM) délivré par ledit moteur thermique (MT).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couple moteur maximum (CMmax) est estimé à partir d’un couple moteur nécessaire pour décoller ledit véhicule lorsque celui est à son poids total autorisé en charge.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit couple moteur maximum (CMmax) est estimé à partir du couple moteur nécessaire pour décoller ledit véhicule lorsque celui est à son poids total autorisé en charge et sur une pente de dix pourcent (10%).
  4. Calculateur (CTRL) dans un véhicule équipé d’une boîte de vitesses de type automatique (BV), caractérisé en ce qu’il comprend une mémoire (MEM) dans laquelle est enregistrée une consigne de régime moteur de décollage (RC) pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
  5. Calculateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit calculateur est un calculateur de contrôle moteur (CTRL) dudit véhicule.
  6. Véhicule comprenant un calculateur (CTRL) selon la revendication 4 ou 5.
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FR3139097A1 (fr) * 2022-08-29 2024-03-01 Psa Automobiles Sa Procédé d'inhibition de fonctions de contrôle de couple d'un moteur thermique lors d'une phase de décollage d'un vehicule automobile

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