Brevet FR2041063A1 — publié le 19710129

1. 2041063 La présente invention se rapporte généralement- aux systèmes de freinage d'un véhicule et, plus particulièrement, elle concerne un moyen de commande de freinage pour contrôler le dérapage d'une roue et pour minimiser les distances d'arrêts,du véhi-5 cule tout en maintenant simultanément sa stabilité directionnelle. Dans le but de"description du système de la présente invention, le terme "glissement" se rapporte à une caractéristique de l'élément rotatif par lequel l'éiément tourne à une vitesse moindre que sa vitesse de roulement libre lorsqu'un couple ou effort 10 de freinage est appliqué. Les termes "dérapage", ou "patinage" se rapporte à une condition de roue, bloquée. L'une des difficultés principales qui s'élèvent dans le freinage d'un véhicule en mouvement, telle qu'une automobile, un avion ou autre véhicule à roues, se présente lorsque la roue ou 15 les roues freinées, dérapent ou glissent, le dérapage ou le glissement tendant à créer une condition instable dans le mouvement commandé du véhicule. Une roue dérapant ou glissant peut provoquer une perte en stabilité directionnelle telle qu'elle peut résulter en un dérapage ou glissement incontrôlé tout en augmentant en mê-20 me temps, généralement, la distance requise.pour amener le véhicule à s'arrêter,du fait d'un coefficient de frottement réduit pendant la condition de dérapage ou de glissement. Sous la plupart des conditions de route, si le dérapage peut être évité, le véhicule peut habituellement s'arrêter plus sûrement sur une distance 25 plus courte. Un système de contrôle de dérapage a été développé et celui-ci est efficace pour commander le freinage sous des conditions de route variées. Ce système utilise un système de calcul relativement simple qui prend en compte les conditions de route changeantes 30 qui résultent en une variation dans le coefficient de frottement. Le système, décrit dans la demande de brevet américain au nom de Ronald S. Scharlack, n° 626.626, déposée le 28 Mars 1968 sous le titre "Système de freinage anti-dérapage", explore l'accélération linéaire et angulaire de la roue ou des roues freinées par des 35 moyens d'accéléromètr^ appropriés. Les signaux de sortie depuis les accéléromètres sont alimentés à vin système de calcul qui produit des signaux de sortie proportionnels au taux de variation dans l'effort de freinage en tant que fonction du temps et au taux de variation de glissement de la roue en tant que fonction du 40 temps. Le système explore les variations en polarités de ces si 69 33469 2. 2041063 gnaux âe sortie pour produire un signal de sortie ultime afin de commander le système de freinage et de fournir un fonctionnement optimum du système de freinage tout entier au point le plus efficace. Par ce moyen, un taux minimum de variation de l'effort de 5 freinage en tant que fonction de glissement, et, de préférence, une variation zéro, est utilisé pour commander le système de freinage et produire une performance optimum. Alors que l'invention décrite ci-dessus fonctionne extrêmement bien pour donner les résultats ci-dessus, il a été trouvé 10 qu'une autre simplification de ce système peut être effectuée tout en obtenant les mêmes résultats. En conséquence, le système de la présente invention utilise les mêmes principes décrits dans la demande de brevet sus-mentionnée, les résultats ultimes étant effectués par un circuit qui explore le glissement du véhicule et 15 le taux de variation de l'effort de traction en tant que fonction du glissement du véhicule et met en corrélation ces deux signaux pour produire un signal de sortie ultime pour commander le système de freinage. En conséquence, c'est un des objets de la présente invention 20 de prévoir un système amélioré pour faire" fonctionner le ou les freins d'un véhicule à roues. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un système de contrôle de dérapage amélioré pour le ou les freins d'un véhicule à roues. 25 C'est encore un autre objet de la présente invention de pré voir un système de commande de freins amélioré du type décrit qui est capable d'éliminer le dérapage ou le glissement de la roue freinée par l'exploration de l'accélération linéaire du véhicule et de la vitesse angulaire de la roue. 30 C'est encore un autre objet de la présente invention de pré voir un système de contrôle de dérapage amélioré pour le frein d'un véhicule, qui est simple et peu coûteux à fabriquer et à installer, et qui est d'utilisation sûre. D'autres objets, avantages et caractéristiques de la pré-35 sente invention apparaîtront de la description suivante, description faite en relation avec les dessins ci^joints, dans lesquels : La figure 1,est un graphique illustrant une famille de courbes de performance typiques représentant la variation dans l'effort de freinage en tant que fonction de glissement, pour des 40 conditions de route variées. 69 33469 3. 2041053. La figure 2 représente un diagramme d'une-forme préférée du système de commande de la présente invention, et La figure 3 est un diagramme schématique représentant une forme préférée de l'amplificateur diviseur qui peut être utilisé 5 en conjonction avec le système de la présente invention. La figure 1 montre une famille de courbes de performance typiques 11 à 15 pour un véhicule à pneus de caoutchouc sous des conditions de freinage, ces courbes représentant la variation dans l'effort de freinage F en tant que fonction du glissement S sous 10 plusieurs conditions de route différentes. Les courbes sont simplement représentatives de la forme générale des courbes de performance et ne sont pas comprises pour représenter toutes valeurs absolues présentes de l'effort ou du glissement de toutes configurations de roue particulières. 15 En se référant à la figure 1, l'effort de freinage peut être défini comme.la force tangentielle à la roue à son point de contact avec la surface, cette force étant égale au couple de freinage appliqué à la roue divisé par le rayon de celle-ci. L'effort de freinage dépend du coefficient de frottement entre la roue et 20 la surface du point de contact entre eux. Comme on peut le voir dans la figure 1, chacune des courbes a sensiblement la même forme générale et chacune a un seul point maximum indiqué par une courte ligne verticale placée approximativement sur chaque courbe. En se référant à la courbe 11 de performance particulière, choisie 25 dans un but d'illustration, une telle courbe "effort-glissement'1 a un seul point maximum 10, auquel le taux de variation de l'effort en tant que fonction de glissement, c'est-à-dire la pente ^ dF ^ -ou rapport est zéro. Le premier objet du système de contrôle de dérapage de la 30 présente invention est de maintenir le fonctionnement du système environ au point maximum, tel que le point 10 sur la courbe de performance effort-glissement, applicable aux conditions de route particulières qui existent. On doit noter encore que ce point se présente lorsque le taux de variation de l'effort de freinage en 35 tant que fonction de glissenent est à/ou sensiblement proche de zéro. Cette opération fournit un taux de freinage maximum et une grande stabilité du véhicule. Si, par-exemple, le système est obligé de fonctionner à un point sur cette partie de là courbe à la droite du point 10, le glissement S dépasse la valeur qu'il a au 40 point 10 et peut tendre à augmenter jusqu'à une valeur où le déra 69 33469 4. 2041063 page ou glissement se produit. Si le point de fonctionnement du système est sur cette partie de la courbe à la gauche du point 10, l'effort de freinage et, par suite, l'efficacité tombent rapidement, et la distance d'arrêt augmente considérablement. 5 La courbe 11 dans la figure 1 représente une courbe de per formance pour un ensemble spécifique de conditions de route, c'est-, à-dire condition» où le coefficient de frottement a une valeur spécifique. Chacune des autres courbes de la famille représente des fonctionnements à des coefficients de frottement différents 10 selon différentes conditions de route. Puisque le système de la présente invention répond effectivement à la polarité, ou au signe dP de la quantité et non à sa valeur absolue, tel que mentionné ci-dessous, le fonctionnement peut être maintenu environ au point maximum de la courbe applicable et le système fonctionnera avec 15 une efficacité maximum sous toutes les conditions de route. Tel que mentionné ci-dessus, l'efficacité de freinage la plus grande est obtenue au point 10 et, si le fonctionnement doit être maintenu aux environs de ce point, le signal de commande appliqué au système de freinage doit différer, lorsque le fonctionne-20 ment se produit sur cette partie de la courbe à la droite du point 10, de celui, lorsque le fonctionnement se produit sur cette partie de la courbe à la gauche du point 10. Comme on peut le voir dP dans la figure, la pente ^ de la courbe 11 est négative à la droite du point 10 et est positive à la gauche de ce point alors 25 que, tel qu'indiqué ci-dessus, la pente au point 10 est zéro. dP Ainsi, si la polarité de la quantité ^3 (la pente de la courbe 11) est effectivement déterminée, un signal de commande approprié peut être produit pour maintenir le fonctionnement de freinage au point maximum de la courbe de performance effort-glissement. dP 30 En conséquence, la pente de ^ à la gauche du point 10, étant positive, demande à ce que l'effort de freinage soit maintenu pour amener le système au-delà du point 10 sur la courbe. Le maintien de l'effort de freinage amènera le fonctionnement du système à suivre la courbe particulière (par exemple 11, 12, 13, 14 ou 15) 35 demandée par les conditions de route particulières rencontrées jusqu'à ce que le point 10 soit atteint, auquel moment la polarité de la courbe s'inverse et devient négative. Sous ces conditions, l'effort de freinage est réduit pour permettre au système de s'ap-^ procher de nouveau du point 10 à partir du côté opposé ou côté 40 droit. Cette action d'oscillation autour du point 10 continue jus 69 30469 5. 2041063 qu'à ce que le véhicule vienne à s'arrêter ou que l'opérateur relâche la pression de frein. Dans les systèmes de ce type, l'effort de freinage est déterminée selon l'équation suivante : 5 fb = Kb ?b (1) oarb est tm effort de freinage, est le coefficient de freinage et est la pression de frein. L'effort de traction (F^) peut être exprimé par l'équation suivante : 10 "t = \ V" \\2. - ' (2) sur la gamme de V^ (Vv - Vw), à partir de zéro jusqu'à quelques points prédéterminés à la droite du point 10 sur le graphique de la figure 1, K et K étant les constantes de glissement et V i P 15 la vitesse de glissement définie par l'équation : Vc = (Vv - Vw) (3) où Vv est la vitesse du véhicule et Vw est la vitesse tangentiel-le de la roue. Egalement, l'effort de traction peut être définie par l'équation : 20 m y- = -Ft (4) où m est la masse et est l'accélération linéaire du véhicule. Egalement, l'effort de freinage sur la roue peut être défini par l'expression suivanté :. Tv & * :>Kb P„ (5) 25 où r w est le couple sur la roue, ■©- est l'accélération angulaire et R est le'rayon de la roue. Dans le système de commande de la présente invention, la pression de-frein est commandée de telle manière qu'elle force dF 30 à rester au voisinage de zéro, cette pente zéro des courbes s de la figure 1 étant approché dans le système depuis soit la direction représentée par A et C dans la figure 1, soit dans l'accélération ou la rotation accélérée de.la roue ou de la décélération ou la rotation décélérée de la roue, respectivement. Cette condition place l'effort de traction à la valeur.de pic ou point 10 du graphique de la figure 1, Ainsi, clairement, la mesure la plus directe de Ft est obtenue par l'exploration de l'accélération du véhicule, ce fait étant évident de l'expression de l'équation dF. 4q En conséquence, la quantité peut être exprimée par : s 35 69 3D469 6. 2041063 dF. / dV dF. dt~ / dt~ = dV" ' s dV_ L'expression peut être définie par différenciation de 5 l'équation ( 3) pour arriver à l'équation : fvyx-v-ë- De-plus, en différenciant l'équation (9, l'expression pour le taux de variation de l'effort de traction par rapport au temps 10 peut être dérivée comme suit : dF. ... ât1 = - m x (8) En combinant les équations(7)et(8)et en y substituant les quantités dans l'équation(6) l'expression pour le taux de varia- 15 tion de l'effort de traction par rapport à la vitesse de glissement est obtenue comme suit : dîV m Y t/ _ ~ m X f r\\ rTr~ ^9) avs . X - r .. Pour un glissement constant,% ^=r "O" et cette équation 20 (9) sont absolument indéterminés. De ce fait, il est nécessaire d'examiner le signe de l'équation(9)au voisinage du maximum de la courbe de glissement. En conséquence, en introduisant la pression de frein, les expressions suivantes sont dérivées en substituant les équations(7)et(8)dans l'équation(6): 25 „ T' -6- = - m X r - I Ph (10) W ou : = mr X- Pb (11) T w En substituant l'équation (13) dans l'équation (9, on obtient 30 l'expression suivante pour le taux de variation de l'effort de traction par rapport au glissement : dpt.. T . .... x (i ♦1.) ♦ k- ' W ■ w 35 par différentiation de l'équation(2) l'expression suivante est obtenue : dF. . . * = K - 2K V = K - 2K (X - r -0- ) (13) s S1 s2 s s1 s2 ^0 En résolvant(12)P, devient l'expression suivante : 69 38469 7. 2041063 è-pb * tw£ - (1 * S w ) t K) En substituant l'équation (13 )dans l'équation (^4) on obtient : P" = *T " (1 * U5) En égalisant la partie droite de l'équation $) à la partie droite de l'équation ÇL3>» on à : 1° *• - K - 2K ( 7^- K-è- ) (16) i; _r 1 2 En réarrangeant l'équation (16), on obtient : 15 - m - Y ■©■] [ Ks^ - 2Kg^ ( >C - Y-G- )] (17) L'examen de l'équation (12) montre que pour des valeurs termi-• • nales de )C et P. , dF. peut seulement être zéro (le point de fonc-tiohnement désiré dV sur la courbe de la figure 1) si %. est S 20 zéro. Ensuite, en égalisant l'expression (11) à zéro et en ignorant »» »• le cas indéterminé lorsque r-e- =x , l'expression suivante résulte en : K = 2K ( - ) = 0 (18) S1 . S2 25 En réarrangeant, l'équation(18) donne : • „ • \ ( X- - Y-©- ) = 2T~ (19) s2 Il est à présent nécessaire de calculer la valeur de Pb qui 30 résulte dans les conditions de l'équation (1 S} pour fonctionner au point optimum ou proche de celui-ci, ce dernier étant décrit en conjonction avec la description de la figure 1. Ainsij g pb *-s- 35 ou alternativement : p _ "X- / Y" 2m - w-* -, b " T —} ( } • • •• Tel que noté, ci-dessus, X- ■== Y* -0- pour un glissement 40 constant et l'équation(9)sont absolument indéterminés. Il est, 69 38469 8. 2041063 10 15 20 25 de ce fait, nécessaire d'examiner le signe de l'équation © dans le voisinage du maximum de la courbe de glissement de la figure 1 et de commander la pression de frein de telle façon à amener au-delà du pic dans la courbe depuis chaque direction. Ceci nécessite que la commande logique soit exécutée comme suit : *• Quand dpt dV„ m' s dPt ÏÏT s m • •• m X* -B ——«I x - r -ë- )°. d£ dt SEL dt > 0 (22) (23) 30 35 ko En se référant maintenant à la figure 2, on décrit un système préféré 16 pour développer les caractéristiques de la présente invention. Le système logique 16 de la figure 2 est capable de produire un signal de commande de sortie qui a line première valeur sous des conditions de fonctionnement du véhicule qui indiqueraient que celui-ci était dans une région sur la courbe effort-glissement à la gauche du point 10 et une seconde valeur, si les conditions du véhicule indiquent que celui-ci fonctionne à la droite du point 10 ou dans une condition à fort glissement. Ce signal de commande de sortie est utilisé pour commander une valve à solénoïde pour commander la partie hydraulique du système de contrôle de dérapage^ tel que celui illustré dans la demande de brevet français n° 69-29.040 du 25 Août 1969, au nom de William Stelzer, pour "dispositif de contrôle de dérapage pour la commande des freins de roues d'un véhicule" ou dans la demande de brevet français n° 69-13.863 du 30 Avril 1969, au nom de William Stelzer, pour "Système de freinage, actionné par fluide et comportant un contrôle de dérapage pour véhicule s "ou d'autres moyens commandés électriquement appropriés de modulation de pression de frein . A partir des équations (23 et (23) on voit que l'accélération linéaire du véhicule doit être explorée et comparée à la différence entre une vitesse du véhicule et l'accélération angulaire de la roue, ou le glissement. Dans le système de la figure 2, un accélé-romètre 18 est prévu pour produire un signal de sortie sur un conducteur 20, ce signal variant selon l'accélération linéaire de la roue du véhicule. La vitesse angulaire de la roue est explorée par un appareil 22 d'exploration de vitesse de véhicule et un signal indicateur de l'accélération angulaire de la roue est produit en réponse à la vitesse de la roue au moyen d'un circuit différen-ciateur 24,fonctionnant selon l'expression mathématique dans le 69 33469 9. 2041063 bloc 24. Le signal de sortie depuis le circuit différenciateur 24 est alimenté, au moyen d'un conducteur 26, à un circuit de sommation 28, ce circuit produisant un signal de sortie sur un conducteur 30 qui varie selon la différence entre le signal envoyé sur 5 le conducteur 20 par l'accéléromètre 18 et le signal produit sur le conducteur 26 par le différenciateur 24. Ainsi, le signal de sortie sur le conducteur 30 est proportionnel à l'expression % - r-e-. D'autre part, le signal de sortie envoyé sur le conducteur 10 20 est également alimenté à un second circuit différenciateur 32, ce circuit 32 produisant un signal qui correspond au taux de variation de l'accélération qui correspond au taux de variation avec le temps du signal produit sur le conducteur 20. On doit noter que le différenciateur 32 fonctionne d'une manière similaire au dif-15 férenciateur 24. La sortie du différenciateur 32 est alimentée, au moyen d'un conducteur 34, par un circuit amplificateur 36, dont le gain est proportionnel à l'entrée depuis le conducteur 34 divisé par l'entrée depuis le conducteur 30. Ainsi, la sortie de l'ampli- • • • ficateur 36 est proportionnelle à l'expression aX . C'est H I * 20 cè signal qui correspond aux expressions(22)et % - r (23)décrites ci-dessus, dont la polarité indiquera la direction d'approche et de fonctionnement du véhicule atteignant le point 10 des courbes.décrites en relation avec la figure 1. Finalement, la sortie de l'amplificateur 36 est alimentée à 25 un circuit détecteur 40 de polarité qui explore la polarité du signal de sortie depuis l'amplificateur 36 et produit un signal de commande de sortie pour commander le fonctionnement d'une valve de commande d'écoulement 42, commandant ainsi le fonctionnement du système de frein référencé 46. Tel que décrit ci-dessus, la valve 30 de commande d'écoulement peut être du type décrit dans l'une ou l'autre des demandes de brevet français désignés ci^-dessus, qui ont pour caractéristique qu'un opérateur établit une pression de frein initiale, et que cette pression de frein est modulée subsé-quemment par le système de commande selon l'exploration d'une con-35 dition de dérapage ou de glissement afin de diminuer l'effort de freinage. Avec une condition de glissement ou de dérapage allégée, la pression de frein est de nouveau appliquée jusqu'à la pression maximum initialement établie par l'opérateur. Cette opération se poursuit jusqu'à ce que les freins soient complètement relâchés 40 par l'opérateur ou que le véhicule est prêt à s'arrêter. 69 38469 10. 2041063 En se référant maintenant à la figure 3, il est représenté un type de circuit d'amplificateur 50 qui peut être utilisé dans le bloc référencé 36 décrit en relation avec la figure 2. Spécifiquement, ce circuit comprend un amplificateur 52 ayant un con-5 ducteur d'entrée 54 pour fournir un signal d'entrée à l'amplificateur 52. Le conducteur 54 est connecté à l'amplificateur 52 par l'intermédiaire d'une résistance 55 et d'un noeud 56. La sortie du circuit 50 est dérivée au conducteur de sortie 60, ce conducteur étant aussi connecté au circuit d'entrée d'un amplificateur 62 de 10 réaction à gain variable, dont les caractéristiques de sortie sont représentées sur le côté droit de la figure 3. En fonctionnement, le taux de variation du signal d'accélération produit sur le conducteur 34 de la figure 2 est alimenté au conducteur d'entrée 54 et la différence entre l'accélération 15 linéaire et l'accélération angulaire sur le conducteur 30 est ali-mentéeau conducteur d'entrée 58. On doit noter également que le signal sur le conducteur 30 est directement proportionnel à la vitesse de glissement définie ci-dessus en relation avec l'équation 3. Le gain de l'amplificateur diviseur est déterminé par la fonc-20 tion de transfert de 1'amplificateur de réaction à gain variable qui, dans ce cas, est le circuit connecté au conducteur d'entrée 58, ou le taux de variation de l'accélération linéaire divisé par le taux de variation de la vitesse de glissement. Le gain du circuit d'amplificateur 50 est alors égal à alpha sur 1 plus alpha 25 fois béta ou : n. ot 1 M = !+ Cette expression est approximativement égale à 1 sur béta (^). Ainsi, le gain du circuit d'amplificateur 36 ou 50 est égal à la 30 grandeur du signal d'entrée sur le conducteur 34 ou 54 divisée par la grandeur du signal d'entrée sur le conducteur 30 ou 58. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elïe est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme 35 de 1'art. 69 38469 ii. 2041063 REVENDICATIONS 1 - Système de freinage d'un véhicule comprenant des moyens pour appliquer une force de freinage à au moins une roue freinée du véhicule, un moyen de commande pour produire un signal de com- 5 mande en réponse à une variation en polarité du taux de variation de l'effort de freinage sur la roue freinée en tant que fonction du glissement de cette roue, et un moyen pour faire varier l'effort de freinage appliqué à la roue freinée en réponse au signal de commande afin de maintenir le taux de variation sensiblement à 10 zéro, ce système étant caractérisé en ce que le moyen de commande comprend des moyens pour produire un premier signal qui est une fonction de l'accélération de la roue, des moyens pour produire un second signal qui est une fonction du taux de variation de la vitesse de la roue, des moyens mettant en corrélation ces premier 15 et second signaux pour dériver un signal résultant qui varie en tant que fonction de ces premier et second signaux, des moyens dif-férenciateurs pour produire un signal de taux qui varie en tant que fonction du taux de variation de ce premier signal, lequel signal de commande varie en tant que fonction de ce signal de taux 20 divisé par le second signal. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens produisant le second signal comprennent un moyen explorateur de la vitesse de roue et un moyen différenciateur pour produire un taux de variation de signal de vitesse de roue. 25 3 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de corrélation comprennent un circuit de sommation et en ce que le signal de différence est ledit premier signal moindre que ledit second signal. 4 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 30 comprend, en outre, des moyens d'amplificateur de sortie comprenant un moyen de réaction pour faire varier le signal de commande de sortie selon le taux de variation de l'accélération divisé par le taux de variation de la vitesse de glissement. 5 - Système selon la revendication 4, caractérisé en ee que 35 l'amplificateur de sortie comprend un premier et un second circuits d'amplificateurs et un conducteur de réaction, pour envoyer le signal de sortie de ce premier amplificateur dans le second amplificateur. 6 - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que 40 le second circuit d'amplificateur est un amplificateur à gain va- 69 38469 is. 2041063 riable, ce gain de l'amplificateur variant en tant que fonction de 1 1/* - (l *