Brevet FR2108230A1 — publié le 19720519

% \ La présente invention se rapporte à un systèmé de freinage adaptatif destiné à équiper les voitures automobiles. Plus spécialement, la présente invention a pour objet un perfectionnement des systèmes de freinage adaptatifs tel que celui décrit dans le brevet américain 5 No. 3,494,671. Ainsi qu'il est établi dans ce brevet, il est souhaitable, pour optimaliser les caractéristiques de freinage d'un système anti-bloquant, de porter à leur maximum les forces de frottement développées à l'interface roué-route, c'est-à-dire le coefficient de frottement correspondant "mu". Il est connu pour l'homme de l'art 10 que la valeur maximum de "mu" est située sur une courbe classique "mu"-glissement entre 0,15 i° et 0,25 i° de glissement. Les systèmes tels que ceux décrits dans le brevet sus-cité présentent une difficulté en ce qu'ils n'ont pas de moyen direct de déterminer la vitesse du véhicule. Comme toutes les roues sont freinées, chacune se 15 trouve posséder un certain glissement. En conséquence, il est impossible de déterminer le glissement réel qui existe à tout moment. De nombreux systèmes ont recours à des circuits logiques complexes pour déduire les conditions de glissement et commander le freinage des roues en accord avec ce glissement. Par exemple, comme il est 20 dit dans le brevet ci-dessus, vin niveau de référence est pris en fonction d'une décélération donnée au lieu que ce soit en fonction du pourcentage maximum du glissement. De même, dans des systèmes connue, l'information de vitesse de la roue était obtenue au moyen d'un détecteur sensible au déplacement relatif d'un élément placé 25 à sa proximité immédiate. Les déformations des composants de la suspension du véhicule sous les charges variables et les couples de freinage ont rendu cette réalisation difficile. D'autres détecteurs ont utilisé des dispositifs à roue supplémentaire ou à friction, nécessitant des paliers à haute vitesse travaillant dans des condi-30 tions extrêmement défavorables. Ceci a posé des problèmes de durée et de reproductibilité qui ont été résolus seulement au prix de grandes difficultés et de coûts élevés. Enfin, des systèmes dans lesquels le glissement autorisé est fixe, ont été essayés sur des véhicules ayant une ou plusieurs roues non freinées, ainsi que dès combinaisons tracteur et remorque. Il a été rapidement découvert que les performances de freinage de ces véhicules sur différents types de surface de sol n'étaient pas toujours augmentées et, dans bien des cas, étaient sérieusement amoindries. Une connaissance plus approfondie des relations existant 40 entre le coefficient de frottement et la vitesse et l'accélération f COF>y 71 33878 2 2108230 des véhicules selon les différentes surfaces de sol, a montré que des systèmes utilisant des valeurs fixes de glissement ne peuvent pas assurer un freinage optimum. Un premier avantage de la présente invention est de permettre 5 la construction d'un système de freinage adaptatif dans lequel l'information de vitesse du véhicule permet une détermination directe du glissement des roues. Un autre avantage de l'invention consiste en l'emploi d'un radar Doppler afin de déterminer la vitesse du véhicule. 10 Un autre avantage de l'invention est de permettre la réalisa tion d'un système de freinage adaptatif dans lequel les glissements réels des roues sont comparés à une valeur de glissement programmée, et sont réglés en fonction de celle-ci. Un autre avantage de l'invention est de permettre la construc-15 tion d'un système de freinage adaptatif dans lequel cette valeur de glissement programmée varie de façon appropriée en fonction de la vitesse et de l'accélération du véhicule. Un autre avantage de l'invention est de permettre la construction d'un système de freinage adaptatif dans lequel certains paramè-20 très sont variables en fonction des informations reçue d'un détecteur de maximum d'accélération. Enfin un avantage de la présente invention est d'employer des radars Doppler pour déterminer les vitesses des roues. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 25 qui va suivre et se réfère aux dessins annexés dans lesquels : La Figure 1 est un schéma d'un système de freinage adaptatif selon l'invention, monté sur un véhicule automobile, et comprenant des radars de roue et un détecteur de vitesse de véhicule, La Figure 2 représente une famille de courbe "mu" en fonction 30 du glissement, montrant comment le glissement optimum peut varier, La Figure 3 est un schéma de l'organe de traitement de signaux représenté Figure 1, et la Figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'organe de traitement de signaux représenté Figure 1. 35 On a montré Figure 1 un système de freinage monté sur un véhi cule automobile possédant deux roues avant 10 et 12 équipées de freins à disque 14 et 16 et deux roues arrière 18 et 20 équipées de freins à disque 22 et 24. Le véhicule possède un système hydraulique comprenant une pompe 26 entraînée par le moteur du véhicule, et com-40 portant un réservoir 28, une soupape 30 du type décrit dans le bre 71 33878 3 21G8230 vet américain No. 2,977,761, un dispositif d'asservissement de freinage 32 et une commande de direction 34. Le fluide circule de la pompe 26 à la soupape 30 par une conduite 36, de la soupape 30 au dispositif d'assistance 32 par une conduite 38, et enfin du disposi-5 tif d'assistance 32 à la commande de direction 34 au moyen d'une conduite 40. Une conduite 42 renvoie le fluide depuis la commande de direction 34 au réservoir 28. Des dérivations 42 a et 42 b de la conduite 42 renvoient au réservoir 28 de faibles quantités de fluide qui permettent respectivement le fonctionnement du dispositif 10 d'assistance 32 et de la soupape 30. Le dispositif possède aussi un circuit hydraulique fermé qui reçoit le fluide depuis la soupape 30 et le délivre au moyen d'une conduite 44 comportant une soupape anti-retour 45 à un accumulateur 46. Le fluide contenu dans cet accumulateur est délivré par une 15 conduite 48 à trois éléments modulateurs de pression de freinage 50. Chacun de ces éléments 50a, 50b et 50c fonctionne comme un modulateur séparé, mais pour des raisons d'économie, ils ont été réunis en un seul élément modulateur 50. Une troisième dérivation 42c de la conduite 42 renvoie le fluide utilisé au réservoir 28. 20 Le dispositif d'assistance 32 est commandé par une pédale de frein 52 et agit sur un maître-cylindre tandem 54. Le maître-cylindre 54 délivre le fluide destiné aux freins avant à travers une conduite 56 aboutissant aux deux éléments 50a et 50b du modulateur de pression 50. Le maître-cylindre 54 délivre le fluide destiné aux freins arriè-25 re à travers une conduite 58 qui aboutit au dernier élément 50c du modulateur de pression de freinage 50. Les conduites 56 et 58 sont munies d'un interrupteur d'avertissement de panne conventionnel 60. Le fluide en provenance des éléments 50a, 50b et 50c du modulateur de pression 50 est dirigé vers chacun des freins avant 14 et 16 et à 30 l'ensemble des deux freins arrière 22 et 24 au moyen de trois conduites 62, 64 et 66 respectivement. Un radar 68, fonctionnant selon le principe Doppler, est monté sur le véhicule de façon à émettre un signal de haute fréquence sur la surface du sol selon un angle prédéterminé et reçoit les signaux 35 réfléchis par cette surface. Ces signaux sont utilisés de façon à obtenir un signal proportionnel à la vitesse du véhicule. Brièvement, le radar Doppler 68 peut être du type fournissant continuellement un signal de haute fréquence au moyen d'un générateur-mélangeur à cavité grâce à un dispositif Gunn. Le signal obtenu dans la cavité est 40 émis par une antenne vers le sol selon un angle " ® ". Une partie 71 33878 4 2108230 du signal émis est réfléchie vers l'antenne, et par conséquent vers le générateur-mélangeur, avec ion décalage de fréquence par rapport au signal émis proportionnel à la vitesse relative entre l'antenne et la surface réfléchissante. Comme le radar 68 est normalement fixé à 5 la voiture et que la surface réfléchissante est normalement le sol, la différence de fréquence est proportionnelle à la vitesse du véhicule. Dans la cavité, les signaux émis et réfléchis sont mélangés et filtrés de façon à fournir un signal de fréquence égal à leur différence, qui est proportionnelle à la vitesse du véhicule. Ce signal 10 d'erreur, couramment appelé fréquence Doppler, peut présenter une amplitude maximum par accord du générateur-mélangeur et de l'antenne. Au moyen d'une logique convenable, la fréquence Doppler est amplifiée et transformée en une tension continue représentative de la vitesse du véhicule. 15 De façon semblable, quatre autres radars 70, 72, 74 et 76 sont montés sur le véhicule de façon à ce que chacun émette un signal sur la surface mobile de chacune des roues 10, 12, 18 et 20 respectivement, et reçoive le signal réfléchi par ces surfaces de façon à obtenir un signal proportionnel à la vitesse de chaque roue. Il est 20 évident que des détecteurs de vitesse de roue conventionnels, par exemple des détecteurs magnétiques, peuvent être utilisés au lieu des détecteurs Doppler afin de déterminer la vitesse de rotation des roues. Ces cinq signaux de vitesse sont transmis à un organe de traitement de signaux 78 au moyen de connections électriques convenables 25 80, de même que le signal de sortie d'un décéléromètre 79. l'organe de traitement 78 est conçu de façon à fournir des signaux de commande de la pression de freinage qui sont transmis par des conducteurs électriques 82 au modulateur de pression de freinage 50 afin de commander son fonctionnement, ainsi qu'il est décrit dans les bre-30 vets dont la référence est donnée ci-dessus. Il est évident que l'organe de traitement 78 comprend, dans le cas présent, trois canaux en parallèle, deux d'entre eux servant à la commande indépendante des roues avant 10 et 12, et le troisième commandant les deux roues arrière 18 et 20. Chacun de ces trois canaux coopère avec l'un 35 des trois éléments 50a, 50b et 50c du modulateur de pression 50. Bien que la présente invention soit décrite avec un détecteur de vitesse pour chaque roue, un nombre plus faible de détecteurs peut être utilisé dans d'autres systèmes de freinage adaptatif. Par exemple, une seule des deux roues arrière peut être utilisée pour 40 commander le modulateur de pression de freinage arrière 50c. Dans un 71 33878 5 2108230 autre exemple, on peut utiliser un détecteur assurant la vitesse sur l'arbre de transmission pour déterminer la vitesse moyenne des deux roues arrière. Pour réaliser un système plus simple de freinage des roues arrière, mais ne fonctionnant pas aussi bien quecelui de la 5 présente invention, un seul détecteur peut être utilisé pour déterminer la vitesse des roues, un seul modulateur pour faire varier la pression de freinage dans les quatre freins, et une valve proportionnelle pour faire varier la pression entre les roues avant et les roues arrière en fonction de la charge du véhicule. Il sera évident 10 à l'homme de l'art que de nombreuses combinaisons différentes selon le type et le nombre de détecteurs de vitesse de roue peuvent être utilisées dans un système de freinage selon l'invention. Cependant, avant la présente invention, aucun moyen peu coûteux n'était connu afin de mesurer directement la vitesse du véhicule et les détecteurs 1 5 de vitesse de roue étaient coûteux à fabriquer. Un seul de ces trois canaux est représenté sur le schéma de la Figure 3. les numéros inscrits sur cette figure sont relatifs au canal qui contrôle la roue avant 10. Sur cette figure, le détecteur de vitesse de véhicule 68 et le détecteur de vitesse de roue 70 sont 20 représentés sous forme de rectangles délivrant des signaux à l'organe de traitement de signaux 78, qui comprend les éléments entourés d'une ligne en pointillés. Ces deux signaux, entrant dans l'organe de traitement 78, passent à travers des filtres 84 et 86 respectivement, et sont appliqués à l'entrée d'un diviseur 88 de façon à 25 produire le rapport V^/V^. A ce rapport on ajoute une tension constante + Y dans l'additionneur 90 de façon à obtenir une tension représentant le glissement de la roue. Cette tension est comparée dans un comparateur 92 à la tension de sortie d'un programmeur de glissement de roue 94. le programmeur 94 reçoit sur ses entrées des 30 informations de vitesse de roue et de décélération du véhicule. Ce dernier signal est obtenu au moyen d'un différentiateur 96 recevant lui-même le signal de vitesse de roue et le convertissant en un signal proportionnel à la décélération du véhicule, la sortie du comparateur 92 constitue un signal d'erreur ou différence entre le 35 glissement réel et le glissement programmé. Ce signal d'erreur est envoyé dans un circuit logique 98 qui détermine le signal qu'il est nécessaire de transmettre au modulateur 50b afin de moduler la pression de freinage transmise au frein 14 pour réduire ou éliminer cet- pas te erreur. Un limiteur 100, qui n'est^absolument nécessaire, sert 40 à éviter que le glissement n'excède une valeur prédéterminée comme 71 33878 6 2108230 par exemple 35 i». Sur le schéma représenté Figure 4, les éléments équivalents sont représentés par le même numéro augmenté de 100. Sur cette figure, le signal de glissement de roue produit par l'additionneur 5 190 est appliqué à l'entrée d'un autre différentiateur 102 dont le signal de sortie, représentant en fonction du temps le taux de variation du glissement, est appliqué à un circuit logique 198. Ce circuit logique 198 comporte des valeurs de seuil. Lorsque le taux de variation du glissement se trouve égal ou supérieur à ces valeurs 10 de seuil, le circuit logique 198 laisse passer les signaux de commande du modulateur 150b. Ces signaux sont tels qu'ils commandent le frein 11 4 de façon à maintenir un glissement relativement constant. Cependant, le glissement ainsi obtenu n'a pas une valeur fixe puisque les circuits d'entrée de la logique 198 relatifs à la vites-15 se du véhicule et à sa décélération sont utilisés pour modifier ces valeurs de seuil et adapter le système aux conditions d'adhérence de la roue sur le sol qui sont ainsi déduites de la réponse au freinage du véhicule.Un détecteur de maximum 199, recevant sur son entrée le signal de décélération du véhicule depuis le différentiateur 20 196, prévient la logique 198 lorsque la décélération du véhicule atteint un maximum. Ceci fournit à la logique 198 davantage d'informations sur les conditions de surface du sol et permet de donner une base d'appréciation pour les modifications de ces valeurs de seuil qui sont nécessaires pour améliorer l'adaptation du freinage aux 25 conditions d'adhérence de la roue et du sol. On évite que le glissement n'excède une valeur maximum au moyen d'un limiteur 200. Le système décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Lorsque le véhicule est en déplacement et que le moteur tourne, la pompe 26 délivre, un flot de fluide contrôlé d'environ 6 à 9 Litres 30 par minute à travers la soupape 30 et de là au dispositif d'assistance 32 et à la commande de direction 34. La soupape 30 maintient le fluide sous pression dans l'accumulateur 46. Son rôle spécifique est expliqué en détails dans le brevet américain sus-mentionné No. 2.977.761, et brièvement, si la pression dans l'accumulateur 46 35 chute jusqu'à une valeur limite telle que 55 Kg/cm , la soupape 30 dirige une partie du flot délivré par la pompe, par exemple 0,5 à 0,7 litre par minute, dans l'accumulateur. Ceci est maintenu jusqu'à ce que la pression dans l'accumulateur atteigne un niveau tel que 70 kg/cm2. .La soupape 30 est conçue de façon à restreindre le flux 40 dans la pompe autant qu'il est nécessaire pour augmenter la pression 71 33878 7 2108230 dans l'accumulateur 46. lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein pour actionner les freins, le dispositif d'assistance 32 agit sur le maître-cylindre 54. le fluide de freinage sous pression provenant du 5 maître-cylindre 54 traverse les éléments 50a, 50b et 50c du modulateur de pression 50 et pénètre dans les cylindres de roues des freins 14, 16, 22 et 24. les freins agissent alors de façon connue pour empêcher la rotation des roues 10, 12, 18 et 20, et ces roues, par leur contact avec la surface du sol, décélèrent le véhicule. 10 la Figure 2 représente une famille de courbes qui illustrent la façon dont le coefficient de frottement "mu" varie en fonction des conditions de surface du sol et du glissement de la raue. le tracé de la ligne de glissement optimale est évident et cette famille de courbes illustre clairement que le glissement doit être 15 ajusté par le système de freinage adaptatif de façon à obtenir un freinage optimum, la plus élevée de ces trois courbes peut être relative à la surface d'une route sèche en ciment, la courbe intermédiaire peut être relative à la même route lorsqu'elle est mouillée, la courbe du bas peut être relative au même sol lorsqu'il est cou-20 vert par de la neige tassée. Si le conducteur applique au véhicule une décélération correspondant à la partie montante des courbes "mu" - glissement, les signaux émis par les radars 68, 70, 72, 74 et 76 sont tels que le système de freinage adaptatif reste sans effet et que le freinage est laissé à l'appréciation du conducteur. 25 Cependant, le cas échéant, si le conducteur exerce une force trop grande sur la pédale 52, ou si les conditions de surface du sol sont mauvaises, par exemple à cause de la pluie, de la neige ou de la glace, le point d'adhérence maximum des roues sur le sol est dépassé, et le glissement d'au moins une des roues va devenir rapide-30 ment supérieur au glissement initialement programmé, le signal d'erreur ainsi obtenu fait fonctionner la logique 98 ou 198 de façon à commander le modulateur 50. le fonctionnement du modulateur 50 sera brièvement expliqué ci-dessous. les signaux de commande issus de la logique 98 ou 198 sont 35 des tensions électriques commandant des électrcvannes convenables (non représentées) qui permettent d'admettre le fluide sous pression de l'accumulateur 46 dans les cylindres (nnn représentés) du modulateur de pression 50. Ces cylindres, à leur tour, agissent sur des pistons de régulation de pression de freinage (non représentés) 40 et des valves de commande (non représentées), le premier signal 71 33878 e 2108230 issu de l'organe de traitement de signaux 78 a pour effet que 1'élément approprié du modulateur 50 interrompt la communication entre les freins 14, 16 ou 22 et 24 et le maître-cylindre 54 par fermeture d'une valve anti-retour. Ceci a pour effet de réduire la 5 pression de freinage. A son tour, la léduction de la pression de freinage réduit le couple de freinage et par conséquent tend à ramener le glissement des roues à leur valeur programmée. L'étape suivante consiste à stopper cette réduction de pression, et, en particulier, si le glissement tombe en dessous de la valeur qui a 10 été programmée, des ordres sont donnés de façon à augmenter la pression de freinage autant qu'il est nécessaire. Les circuits logiques sont décrits en détail dans le brevet américain sus-mentionné No. 3-494.671 et ne sont décrits ici que pour la bonne compréhension du système de l'invention. Ainsi, le programmeur 94, tel qu'il est 15 représenté Figure 3, modifie le glissement précédemment programmé selon les informations de vitesse et d'accélération du véhicule que ce programmeur reçoit. Dans le cas de la Figure 4, le système logique modifie ou change les valeurs de seuil en réponse à ces mêmes informations. Les courbes "mu"-glissement de la Figure 2 20 illustrent clairement l'intérêt des informations fournies par le détecteur de maximum 199. Si le conducteur maintient une grande pression sur la pédale 52, le système contrôlera le freinage jusqu'à ce que le véhicule s'arrête, continuant à diminuer et augmenter la pression dans les 25 cylindres de frein autant qu'il est nécessaire. Cependant, si le besoin du freinage disparait et que le cnnducteur relâche la pédale 52, les freins seront immédiatement relâchés puisque les valves de commande du modulateur permettent le libre retour du fluide vers le maître-cylindre- 54. Il est à noter que le conducteur conserve le 30 plein contrôle du système sauf pendant les périodes où il tente d'obtenir un freinage excessif pour les possibilités d'adhérence existantes. Au moyen des radars, un contrôle des glissements peut être permanent. Au moyen du programmeur de glissement 94 dans un cas, ou au moyen des valeurs de seuil variables du circuit logique 35 98 dans l'autre cas, le glissement réel auquel le véhicule est astreint peut varier de façon continue en fonction des conditions de surface du sol, et par suite, le freinage obtenu peut être réellement optimum. 71 33878 9 2108230 REYETOTfitTTONS 1 . Système de freinage anti-patinant à fluide comprimé d'un véhicule muni de roues, comprenant au moins un modulateur adaptatif de pression de freinage associé à au moins une desdites roues, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens 5 sensibles à la vitesse dudit véhicule et fournissant un premier signal proportionnel à cette vitesse, lesdits premiers moyens comportant un radar detype Doppler, des deuxièmes moyens sensibles à la vitesse de rotation de ladite roue et fournissant un deuxième signal proportionnel à cette vitesse de rotation, des moyens de traitement 10 comparant ledit premier signal et ledit deuxième signal et fournissant un signal de glissement de ladite roue, des moyens de commande dudit modulâteur effectuant une diminution de ladite pression de freinage lorsque ledit signal de glissement dépasse une valeur programmée, ledit signal de glissement étant utilisé pour faire varier 15 la pression dans ledit modulateur afin d'obtenir un couple de freinage maximum et d'empêcher ladite roue de se bloquer sous l'action d'un freinage brutal dudit véhicule. 2. Système de freinage selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comprennent des moyens générateur- 20 mélangeur du type G-unn émettant un signal micro-onde à partir d'une antenne, le signal réfléchi dudit signal micro-onde étant capté par ladite antenne et filtré par lesdits moyens générateur-mélangeur pour fournir ledit premier signal. 3. Système de freinage selon la revendication 2, caractérisé 25 en ce que lesdits premiers moyens comprennent des moyens de mise à l'accord desdits moyens générateur-mélangeur et de ladite antenne, lesdits moyens de mise à l'accord produisant une amplitude maximum dudit premier signal. 4. Système de freinage selon l'une des revendications précé-30 dentes, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens comprennent un radar de type Doppler analogue à celui employé dans lesdits premiers moyens. 5. Système de freinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement compor- 35 tent des moyens limitant ledit glissement à un niveau maximum prédéterminé . 6. Système de freinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comportent des moyens différentiateurs fournissant un signal proportionnel 71 33878 10 2108230 à la décélération dudit véhicule à partir dudit deuxième signal, et des moyens sensibles audit deuxième signal et audit signal proportionnel à la décélération dudit véhicule modifiant ladite valeur de glissement programmée. 5 7. Système de freinage selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comportent des moyens comparant ledit signal de glissement et ladite valeur de glissement programmée et fournissant un signal d'erreur. 8. Système de freinage selon l'une des revendications 1 à 5, 10 caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens logiques fournissant un signal d'écart à partir de la dérivée première audit deuxième signal, possédant des valeurs de seuils, et produisant des signaux de commande de ladite pression de freinage lorsque ledit signal d'écart devient égal auxdites valeurs de seuils. 15 9. Système de freinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens différentiateurs fournissant un signal proportionnel à la décélération dudit véhicule, lesdits moyens logiques modifiant lesdites valeurs de seuils en fonction dudit premier signal et dudit signal propor-20 tionnel à la décélération dudit véhicule. 10. Système de freinage selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens détectant les maximum de décélération, lesdits moyens logiques modifiant ladite pression de freinage et maintenant la décélération 25 dudit véhicule proche de la valeur maximum détectée par lesdits moyens détecteurs de maximum.