Brevet FR2549433A1 — publié le 19850125

La présente invention concerne un véhicule guidé en commandant de façon indépendante le couple appliqué à deux roues latérales motrices. La présente invention concerne également un procédé pour faire virer un tel véhicule. Le EP-A 44773 décrit un véhicule comportant deux roues latérales motrices entraînées par des moteurs électriques respectifs asservis à produire un couple approprié au respect d'une consigne de vitesse Le 10 véhicule comporte encore au moins une roue librement orientable Pour négocier un virage, il est prévu des moyens établissant la consigne de vitesse pour chacune des deux roues motrices de façon que la roue motrice devant se trouver à l'extérieur du virage ait une accé15 lération positive relativement à l'autre roue motrice. Pendant ce temps, la roue librement orientable s'est orientée selon la trajectoire imposée par les roues motrices. Ce système permet d'effectuer des manoeuvres 20 à très court rayon, et même sur place si l'on fait tourner les deux roues motrices en des sens inverses. Cependant, la roue librement orientable est peu stable, notamment à vitesse moyenne ou élevée. Elle ne s'oppose que faiblement à la force centri25 fuge qui s'exerce sur le véhicule en virage En outre, il est difficile de lui adapter un système de freinage, et quasiment impossible de la rendre motrice On connaît d'autre part des véhicules tous terrains comprenant six roues, chaque côté du véhicule 30 comportant trois roues équidistantes maintenues parallèles à la lirection longitudinale du véhicule Pour virer d'un côté, on reporte le couple sur la ou les roue(s) motrice(s) située(s) de l'autre côté Dans cette réalisation, on assure le guidage par commande du couple sans avoir recours à des roues librement orienta- tables Cependant, les trajectoires à court rayon sont imprécises car liées au dérapage simultané et difficilement contrôlable de quatre au moins des six roues. Un tel véhicule peut être très maniable en terrain libre, mais il est mal adapté à la conduite en ville qui nécessite des manoeuvres précises pour éviter les accrochages. Le but de l'invention est ainsi de réalisez un véhicule qui soit guidé en commandant de façon indépendante le couple appliqué à deux roues latérales motrices, et qui présente la maniabilité de la première réalisation connue tout en étant, comme la seconde réalisation connue, exempt de l'instabilité liée aux roues librement orientables. L'invention vise ainsi un véhicule terrestre comportant au moins deux roues latérales:motrices et au moins une autre roue motrice,orientees de façon sesiblement fixe: selon la direction longitudinale du véhicule, une source d'énergie, et des moyens pour régler le couple appliqué à chacune de ces roues motrices en fonction de la trajectoire souhaitée. Suivant l'invention, le véhicule est caractérisé en ce que, pour une roue motrice donnée, le rapport effort tangentiel maximal transmis à la périphérie de la roue/poids transmis au sol par cette roue est inférieur au coefficient de frottement habituel de la roue avec le sol dans le cas des deux roues motrices latérales, et est supérieur au coefficient de frottement habituel de la roue avec le sol dans le cas de chaque 30 autre roue motrice précitée. Par coefficient de frottement on entend ici le rapport effort tangentiel nécessaire pour qu'une roue en état d'adhérance passe en état de dérapage/effort perpendiculaire au sol transmis par la roue. Par coefficient de fottement habituel on entend le coeffcient de frottement, tel que défini ci-desus, entre la roue et le sol qu'elle rencontre habituellement. Ainsi, pour effectuer un virage à très court rayon, on applique aux deux roues latérales motrices des couples respectifs correspondant à la trajectoire désirée tandis qu'on applique à chaque autre roue motri5 ce précitée un couple tel que le rapport de l'effort tangentiel en résultant à la périphérie de la roue/le poids transmis au sol par cette roue soit supérieur au coefficient de frottement de la roue avec le sol Chaque roue motrice soumise à un tel couple perd nécessairement 10 son adhérence Dès lors, les deux roues latérales motrices soumises à un couple satisfaisant aux conditions d'adhérence sont en mesure d'imposer la trajectoire voulue au véhicule La trajectoire est donc déterminée avec précision par les deux roues latérales motri15 ces, ce qui est conforme aux exigences de la circulation urbaine. Selon un autre aspect de l'invention, le proc'dé pour faire virer un véhicule comprenant au moins deux roues latérales motrices et au moins une autre 20 roue motrice, dans lequel on règle le couple imparti à chacune des roues motrices latérales de façon que le rapport effort tangentiel à la périphérie de la roue/ poids transmis au sol par cette roue soit inférieur au coefficient de frottement de la roue sur le sol, et tel que les deux roues latérales motrices aient l'une par rapport à l'autre des accélérations relatives correspondant a la variation souhaitée concernant le rayon de courbure de la trajectoire, et dans lequel on maintient chaque roue motrice précitée sensiblement 30 parallèle à la direction longitudinale du véhicule, est caractérisé en ce qu'on règle le couple imparti à chaque autre roue motrice précitée de façon que le rapport effort tangentiel à la périphérie de la roue/poids transmis au sol par cette roue soit supérieur au coef35 ficient de frottement de la roue sur le sol. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexes, donnés à titres d'exemples non limitatifs la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'un véhicule conforme à l'invention; la figure 2 est une vue schématique en élé5 vation latérale de ce véhicule; la figure 3 est une vue schématique en plan du véhicule des figures 1 et 2; les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en plan montrant deux étapes d'une opération de stationnement en créneau avec le véhicule des figures 1 à 3; et la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 mais concernant un véhicule tricycle. Dans l'exemple des figures 1 à 3, le véhicu15 le est muni d'un train quadricycle comprenant deux roues latérales motrices antérieures 1, et deux roues latérales motrices postérieures 2 Les roues 1 d'une part et les roues 2 d'autre part sont disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan longitudinal médian 20 du véhicule En outre, ces roues 1 et 2 sont montées de façon à être en permanence disposées sensiblement parallèlement au plan longitudinal médian du véhicule. En d'autres termes, elles ne sont pas orientables. Dans l'exemple représenté, chacune des roues 25 1 et 2 est du type à mouvement programmé c'est-àdire que sa vitesse de rotation est déterminée par des moyens du type déjà décrit en ce qui concerne les deux roues motrices du véhicule selon le EP-A-44473 On rappelle ci-après pour mémoire l'essentiel de ces moyens Chacune des roues 1 et 2 est actionnée par un moteur électrique synchrone 3 à réluctance variable, possédant un nombre relativement élevé de commutations statoriques par tour de roue, soit de quelques dizaines à plusieurs centaines Les moteurs 3 sont munis-de détec- teurs de position 4 liés au rotor et coopérant avec des cellules photoélectriques 6 liées au stator de manière que puissent être détectées les positions relatives des dents du rotor et des plots du stator. Les cellules 6 délivrent, par tour, un nombre d'impulsions égales ou multiples au nombre de dents du rotor vers un calculateur 7. Une autre entrée du calculateur 7 est reliée à une sortie d'un transducteur 8 qui porte un levier 10 de commande manuel 9 Dans certaines réalisations, ce levier 9 peut être déplacé par le conducteur dans toutes les directions suivant deux composantes, avant-arrière d'une part, latérales d'autre part Dans ce cas, le levier 9 porte par exemple à sa base une lampe électri15 que qui coopère avec quatre cellules photoélectriques (non représentées) disposées en diagonale à 45 On comprend que, suivant l'orientation donnée au levier, l'éclairement différentiel donné aux cellules provoque des actions spécifiques La composante avantarrière 20 correspond à des ordres d'accélération ou de ralentisement du véhicule, alors que la composante latérale, qui sera seule envisagée ici, correspond à une action directionnelle. Dans d'autres réalisations, le levier 9 est 25 immobile mais il est couplé à des jauges de contrainte sensibles à des efforts exercés selon les directions précitées, en vue de donner les ordres d'accélération, de ralentissement ou de changement de direction. Le calculateur 7 reçoit enfin un signal d'une 30 horloge 11 qui sert de base de temps au système. En sortie, le calculateur 7 attaque un générateur 12 d'impulsions électriques appliquées indépendemment aux moteurs 3 des roues 1 et 2 Ce générateur est alimenté en énergie électrique à partir d'une source d'énergie 13 qui, comme le montre la figure 3, peut être constituee par un générateur de courant 14 couplé à un batterie d'accumulateur 16. Comme le montre la figure 2, le poids P du véhicule, qui s'exerce en son centre de gravité G, se 5 répartit en deux composantes Pl transmises au sol par les deux roues avant 1, et par deux composantes P 2 transmises au sol par les roues arrière 2 Les grandeurs des composantes Pl et P 2 sont considérées lorsque le véhicule est immobile. En outre, chaque roue 1 et 2 commandée indépendamment par un moteur 3 ne peut être soumise à un couple dépassant un couple maximum qui, compte tenu du rayon des roues 1 et 2, correspond à un effort tangentiel maximal transmis au sol par le pourtour de la roue. 15 Cet effort tangentiel maximal est désigné par Tl pour les roues avant et T 2 pour les roues arrière 2. Selon une particularité importante de l'invention, il est fait en sorte que le rapprt K 1 = Tl/Plsait inférieur au coefficient de frottement f 1 des roues 1 sur un sol 17 de nature habituelle, tel quei-le macadam sec, et que lerapport K 2 =T 2/P 2 soit supérieur au coefficient de frottement f 2 entre les roues 2 et le sol 17. Dans l'exemple décrit, les roues 1 et 2 ont même diamètre, les couples maximaux qui peuvent leurtre 25 appliqués ont même valeur, de sorte que T 1 et T 2 sont égaux En outre, les roues 1 et 2 comportent des bandages pneumatiques et le coefficient de frottement considéré comme habihtuel est celui d'un bandage pneumatique avec une chaussée goudronnée sèche, qui est de l'ortdre de 1 30 pour les roues 1 comme pour les roues 2. Ainsi, le respect des conditions K 2 > f 2 et K 1 doit être situé entre l'axe des roues 1 et l'axe des 35 roues 2 pour assurer la sustentation du véhicule. Par exemple, le couple maximal, déterminé par le calculateur 7, communiqué à chaque roue 1 ou 2 par son moteur individuel 3 est de 400 N m, cequi,si la hauteur de la roue par rapport au sol est de 0,3 m, donne un effort tangentiel maximal T 1 ou T 2 = 400/0,3 = 1 333 N L'empattement (distance entre l'axe des roues avant 1 et l'axe des roues arrière 2) est de 1,8 m Le poids total de 815 kg est réparti de telle manière que la projection verticale du centre de gravité 10 sur sol 17 suppos plansetrouve à 0,45 m de la projection de l'axe des roues avant 1 et donc à 1,35 m de l'axe des roues arrière 2 Saufforce d'inertie due au freinage, à l'accélération ou au dévers, chaque roue avant I applique une force verticale Pl = 3 000 N et chaque roue arrière 2 une force verticale P 2 = 1 000 N. La force tangentielle maximale T 1 ou T 2 est donc nettement inférieure à la force de gravité Pl pour chacune des deux roues avant 1 et nettement supérieure à la force de gravité P 2 pour chacune des deux roues arrière 2. 20 En outre, les roues pour lesquelles le rapport: effort tangentiel maximal appliqué au sol/poids transmis au sol est supérieurau coefficient de frottement, c'est-à-dire les roues arrière 2 dans l'exemple représenté ont entre elles une voie(c'est-à-dire une dis25 tance entre leurs plans moyens)qui est inférieure à la voie entreles deux autres roues Par exemple, la voie Vl entre les roues avant 1 peut être de 1,4 m tandis que la voie V 2 entre les roues arrière 2 peut être de 1,1 m. Comme le montre schématiquement la figure 3 30 par des liaisons par lesquelles les roues 1 et 2 situées d'un même côté du véhicule sont reliées en commun au commutateur 12, le calculateur 7 est programmn de façon que les roues d'un même côté sont asservies en permanence a la même consigne de vitesse Les liaisons ainsi représentées à la figure 3 sont purement schématiques puisque, comme on le verra plus loin, une roue 2 peut dans certaines conditions avoir besoin de plus d'énergie que la roue 1 située du même côté pour tourner à la même vitesse qu'elle, ou inversement, de 5 sorte qu'il faut bien des apports d'énergie distincts pour chaque roue. On va maintenant décrire le fonctionnement du véhicule représenté aux figures 1 à 3, en y incluant la description du procédé conforme à l'invention. En marche en ligne droite, le calculateur 7 détermine la même vitesse pour les quatre roues 1 et 2 et il peut avoir des consignes pour que les roues 1, les plus fortement appliquées sur le sol, transmettent davantage de puissance que les roues 2 Comme on le sait 15 d'après la demande de brevet européen précitée, l'asservissement de la vitesse des roues 1 et 2 est obtenue par contrôle de la position angulaire de la roue à chaque instant au moyen des systèmes de détection 4, 6, de sorte qu'une roue retardée par une perturbation est 20 non seulement ramenée à sa vitesse après la perturbation, mais le retard dû à la perturbation est rattrapé de façon à ramener la roue à sa position angulaire théorique dans chaque point de la trajectoire, de sorte que les perturbations sont automatiquement compensées 25 sans que le conducteur ait à intervenir. On va maintenant décrire en référence aux figures 4 et 5 comment s'effectue un virage à très court rayon en prenant l'exemple du stationnement dit "en créneau ". Sur ces figures, on a représenté sur chaque roue 1, 2, une flèche dans le sens o elle tend à se déplacer par adhérence avec le sol, et au voisinage de chaque roue, une flèche selon son déplacement effectif. Comme le montre la figure 4, on engage le véhicule obliquement dans l'emplacement de stationnement de façon que les roues pour lesquelles le rapport K est inférieur au coefficient de frottement, c'est-à-dire les roues avant 1 dans l'exemple décrit, sont en avant. A l'issue de cette première phase de la manoeuvre, la partie avant occupe déjà presque sa position définitive de rangement (à l'orientation près) tandis que la partie arrière est encore complètement en dehors de l'aligne10 ment Ldestationnement Le conducteur arrête alors le véhicule, puis manoeuvre le levier 9 en direction purement latérale de façon à commander un braquage, qui en marche avec les roues 1 en avant, serait un braquage dirigé vers l'extérieur de l'alignement L. Comme le montre la figure 5, cet ordre du conducteur est interprété par le calculateur 7 comme un ordre de pivotement sur place du véhicule Le calculateur 7 ordonne aux roues 1 de tourner en sens contraires, la roue 1 située du côté vers lequel le braquage doit s'effectuer tournant en marche arrière On l'a vu, chaque roue 2 est asservie à la même consigne de vitesse que la roue 1 située du même coté Les roues 1 et 2 tendent donc à tourner à des vitesses qui sont incompatibles sans dérapage de l'une au moins des deux paires 25 de roues 1 et 2 Devant l'impossibilité d'exécuter l'ordre avec de faibles couples moteurs, le calculateur 7 commande l'élévation des couples moteurs individuels appliqués aux roues 1 et 2 pour tenter de vaincre la résistance opposée par l'adhérence des roues sur le sol. 30 Or, le couple maximal applicable aux roues 1, satisfaisant à la relation T 1/Pl f 2 peut suffire à sur35 monter la résistance offerte par l'adhérence des roues 2 au sol Ainsi, le calculateur 7 va commander l'élévation des couples moteurs jusqu'à ce que les roues 2 perdent adhérence relativement au sol 17 Les roues 2 ne vont pas pour autant s'emballer, car leur vitesse 5 est asservie à être égale à celle des roues 1 Cependant, du fait de la perte d'adhérence des roues 2 relativement au sol 17, les forces de frottement entre les roues 2 et le sol 17 diminuent notablement, de sorte que les roues 1 qui ont conservé leur adhérence, peuvent 10 effectuer leur mouvement en conformité avec la consigne de vitesse en faisant pivoter le véhicule autour d'un point situé au milieu de leur axe commun, tandis que les roues 2 ripent en direction perpendiculaire à leur plan A la fin de ce pivotement, l'arrière du véhicu15 le est rangé dans l'alignement L et la manoeuvre est terminée. Lorsque l'on circule à une vitesse moyenne ou élevée, seules des courbes à rayons moyens ou grands peuvent être négociées Pour de tels virages, la confi20 guration des roues 1 et 2 toutes parallèles entre elles, et leur vitesse respective sont peu différentes d'une configuration et de vitesses théoriquement parfaites. D'autre part, à partir d'une certaine vitesse assez faible, même si une roue considérée a un rapport effort tangentiel/poids transmis au sol inférieur au coefficient de frottement de la roue avec le sol, cette roue peut avoir par rapport au sol un déplacement ne correspondant pas exactement à son orientation et à sa vitesse de rotation Pour toutes ces raisons, le proces30 sus qui a été exposé concernant les manoeuvres à très court rayon enréférence aux figures 4 et 5, n'a pas nécessairement lieu lors du franchissement de courbes à plus grands rayons En d'autres termes, l'inscription du véhicule dans la trajectoire courbe n'entraîne pas nécessairement que l'effort tangentiel transmis au sol par les roues 2 soit tel que le rappcrt effort tangentiel effectivement transmis au sol / P 2 soit supérieur à f 2. Les roues 1 et 2 demeurent donc toutes dans les conditions d'adhérance, les pneumatiques dont elles sont munies autorisant une dérive compatible avec ce genre de trajectoire (Les conditions d'adhérance sont les conditions dans lesquelles un point au moins du pneumatique est immobile par rapport au sol; on sait qu'un pneumatique peut dériver en se déformant tout en demeurant dans les conditions d'adhérance). Aussi bien pendant la manoeuvre a très court 15 rayon que le long des courbes à rayons beaucoup plus importants, les roues arrière 2, en raison de leur vitesse de rotation qui est la même que celle des roues avant 1,font na tre par leur contact avec le sol un couple d'axe vertical qui aide au pivotement du véhicule 20 le long de sa trajectoire curviligne. Dans l'exemple représenté à la figure 6, le véhicule est identique à la figure 1 excepté qu'il ne comporte qu'une roue arrière 2 disposée dans le plan longitudinal médian du véhicule De préférence, le cal25 culateur 7 asservit la roue 2 à une consigne de vitesse égale à la consigne choisie pour la plus rapide des deux roues avant 1 Compte tenu du poids P 2 transmis par la roue unique 2, qui risque d'être relativement important, on pourra également choisir pour l'effort tangentiel maximal T 2 une valeur plus importante que T 1. Comme on l'a vu tout au long de la descrip5 tion, l'invention propose un système simple et ingénieux pour guider un véhicule à plus de deux roues motrices, notamment si ce véhicule comporte des roues à mouvement programme Pour parvenir aux conditions d'adhérence différentes sur les roues avant et les roues arrière, on 10 pourrait jouer aussi sur les coefficients de frottement fl et f 2, ou encore sur les efforts maximaux applicables T 1 et T 2. Dans les exemples décrits, on n'a tenu compte que de la répartition statique du poids du véhicule aux 15 différentes roues Comme l'on sait, cette répartition peut varier assez considérablement dans certaines conditions dynamiques L'exemple numérique donné présente une marge de sécurité assez importante à cet égard Il est toutefois possible que le calculateur 7 soit program20 mé de façon à faire varier l'effort maximal applicable T 1, T 2 à chaque roue en fonction de l'appui de la roue au sol. D'autre part, on pourrait prévoir que les roues 2 sont les roues avant et les roues 1 sont les 25 roues arrière sans changer quoi que ce soit au schéma de la figure 1 si ce n'est le sens de rotation des roues en marche avant. REVENDICATIONS 1 Véhicule terrestre comportant au moins deux roues latérales motrices ( 1) et au moins une autre roue motrice ( 2) orientées de fàçon sensiblement fixe selon la direction longitudinale du vehicule, une source d'énergie ( 13), tt des moyens pour régler le couple appliqué à chacune de ces roues motrices ( 1, 2) en fonction de la trajectoire souhaitée, caractérisé en ce que, pour une roue motrice donnée ( 1 ou 2), e rapport(K 1 ou K 2) effort 10 tangentiel maximal (T 1 ou T 2) transmis à la périphérie de la roue/poids (Pl ou P 2) transmis au sol par cette roue est inférieure au coefficient de frottement habituel (fl) de la roue ( 1) avec le sol dans le cas des deux roues motrices latérales ( 1), et est supérieur au 15 coefficient de frottement habituel (f 2) de la roue ( 2) avec le sol ( 17) dans le cas de chaque autre roue motrice précitée ( 2). 2 Véhicule terrestre conforme à la revendication 1, dans lequel chacune desdites roues motrices 20 ( 1, 2) est entraînée par un moteur respectif ( 3), et en ce que le véhicule comprend en outre des moyens de traitement ( 7) recevant des données définissant des trajectoires prédéterminées du véhicule et des données en provenance de détecteurs ( 4, 6) de position de chacu25 ne desdites roues motrices ( 1, 2) pour déterminer l'énergie à transmettre aux roues respectives en vue de leur conférer une accélération différentielle propre à faire respecter ladite trajectoire. 3 Véhicule conforme à l'une des revendica30 tions 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux dites a'utres roues motrices"( 2), et en ce que celles-ci sont disposées symétriquement relativement au plan longitudinal médian (P) du véhicule. 4 Véhicule conforme à la revendication 3, 35 caractérise en ce que la voie (V 1) relative aux roues latérales motrices ( 1) est supérieure à la voie (V 2) relative aux deux autres roues précitées ( 2). Véhicule conforme àl' unedesrevendcations 3 ou 4, caractérsé en ce que les pourtours des roues sont tals que les coefficients de frottement habituels (fl, f 2) de chaque roue ( 1, 2) avec le sol ( 17) sont sensiblement égaux, en ce que les efforts tangentiels maximaux (T 1, T 2) transmissibles à la périphérie de chaque roue ( 1, 2) sont voi 3 ins, et en ce que, vu de dessus, le centre de gravité G du véhicule est plus proche de l'axe desdites roues latérales motrices ( 1) que de l'axe desdites autres roues ( 2). 6 Véhicule conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 7) asservissant à chaque instant chaque paire 15 de roues motrices ( 1, 2) situées d'un même côté du véhicule aux mêmes consignes de mouvement. 7 Véhicule tricycle conforme à l'une des revendicationsl ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens tendant à faire tourner ladite autre roue 20 motrice ( 2) à la vitesse de la roue latérale motrice ( 1) la plus rapide. 8 Procédé pour faire virer un véhicule comprenant au moins deux roues latérales motrices ( 1) et au moins une autre roue motrice ( 2), dans lequel on 25 règle le couple imparti à chacune des roues motrices latérales ( 1) de façon que le rapport effort tangentiel à la périphérie de la roue /poids transmis au sol par cette roue (P 1) soit inférieur au coefficient habituel (fl) de frottement de la roue ( 1) sur le sol ( 17), 30 et de façon que lesdeux roues latérales motrices ( 1) aient l'une par rapport à l'autre des accélérations relatives correspondant à la variation souhaitée concernant le rayon de courbure de la trajectoire, et dans lequel on maintient chaque roue motrice précitée, ( 1, 2) 35 sensiblement parallèle à la direction longitudinale ; du véhicule, caractérisé en ce qu'on règle le couple imparti à chaque autre roue motrice précitée ( 2), de façon que le rapport effort tangentiel à la périphérie de la roue /poids (P 2) transmis au sol par cette roue soit supérieur au coefficient habituel (f 2) de frottement de la roue sur le sol. 9 Procédé conforme à la revendication 8, pour effectuer un virage avec un véhicule à quatre roues motrices comprenant deux roues latérales motrices 10 ( 1) et deux autres roues motrices ( 2), caractérisé en ce que pour effectuer un virage sur place, on amène les deux roues latérales motrices ( 1) à tourner en sens inverse l'une de l'autre et les deux autres roues motrices ( 2) à tourner en sens inverse l'une de l'autre. 15 10 Procédé conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que, de chaque coté du véhicule, on fait tourner la roue latérale motrice ( 1) et l'autre roue motrice ( 2) dans le même sens.