Brevet FR2684784A1 — publié le 19930611

"Procédé et dispositif pour générer un signal repré- sentant le mouvement transversal d'un véhicule". La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour générer un signal représentant le mouvement transversal d'un véhicule, utilisant la vi- tesse de rotation d'au moins deux roues d'au moins un essieu. La connaissance aussi précise que possible des mouvements d'un véhicule est essentielle pour cha- que type de commande de régulation qui s'oppose à ces mouvements dans le sens d'une augmentation du confort et de la sécurité du déplacement. On peut arriver à une telle action de com- pensation comme cela est décrit dans le document DE-OS 35 29 178 par un système de suspension et/ou d'amor- tissement actif dont le comportement en suspension et/ou en amortissement est conçu de façon à pouvoir être commandé ou réglé. Par ailleurs, une telle action sur les mou- vements du véhicule peut se faire en dosant les forces de commande ou de régulation appliquées aux différen- tes roues motrices et/ou par des opérations de guidage commandées ou régulées A titre d'exemple, on se re- portera sur une installation de régulation, connue (PCT/EP 89/00953) ainsi que sur un procédé de recon- naissance de courbe associé à un système de régulation dit blocage ou anti-patinage (DE-OS 37 39 558) Le do- cument DE-OS 39 30 445 montre un procédé de commande de direction. Les causes des mouvements du véhicule sont principalement les suivantes: opération d'accélération et/ou de freina- ge, opération de guidage et/ou irrégularité de la voie de circulation. Des grandeurs de mesure importantes qui re- présentent la dynamique de roulement, en particulier la dynamique transversale du véhicule et qui représen- tent principalement les grandeurs d'entrée des moyens de commande ou de régulation évoquées ci-dessus sont l'angle de braquage ou l'accélération transversale du véhicule liée fondamentalement à cet angle de braqua- ge Cet angle de braquage ou angle de guidage est l'angle de braquage des roues directrices. L'angle de braquage ou l'accélération trans- versale du véhicule peuvent être mesurés "directement" soit par des capteurs appropriés (capteurs d'angle de braquage ou capteur d'accélération) ou encore être ob- tenus de manière "indirecte" à partir d'autres signaux de capteurs Pour réduire au minimum le nombre de cap- teurs, on préfère les méthodes de mesure "indirectes" aux méthodes de mesure directes. Le document EP-OS 03 53 995 décrit un systè- me de détecteur d'angle de braquage qui détermine l'angle de braquage en partant de la vitesse de rota- tion de roue ou de la fréquence de roue, différente, au cours des opérations de braquage. Or, il est important pour concevoir de façon optimale un système de roulement et/ou de direction de pouvoir déterminer de façon aussi précise que possible les mouvements transversaux d'un véhicule, par exemple l'accélération transversale. La demande de brevet allemand P 41 12 170 8 décrit un système d'exploitation des signaux de vites- se de rotation de roues qui déterminent la différence de vitesse de rotation des roues par la mise en oeuvre de moyens réduits quant aux composants De plus, ce document propose de déterminer l'accélération trans- versale du véhicule proportionnellement à la vitesse du véhicule et à la différence de la vitesse de rota- tion des roues Or, cette solution n'a pas donné les meilleurs résultats. La présente invention a pour but de détermi- ner un signal en partant de la différence des vitesses de rotation des roues, signal qui représente de maniè- re optimale le mouvement transversal du véhicule en particulier l'accélération transversale. A cet effet, l'invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on dé- termine un premier signal représentant le mouvement transversal du véhicule à l'aide d'un champ de carac- téristiques prédéterminées à partir des seconds si- gnaux représentant la différence de vitesse de rota- tion d'au moins deux roues et les troisièmes signaux représentant la vitesse du véhicule. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant caractérisé par des premiers moyens à l'aide desquels on détermine un premier signal à partir de seconds signaux représentant la différence de la vi- tesse de rotation d'au moins deux roues et les troi- sièmes signaux qui représentent la vitesse de déplace- ment. Le procédé selon l'invention utilise des si- gnaux deltaw qui représentent la différence de vites- se de rotation d'au moins deux roues d'un essieu et les signaux V qui représente la vitesse de déplace- ment En combinant ces signaux dans un champ non li- néaire de caractéristiques, on obtient des signaux qui représentent les mouvements transversaux, en particu- lier l'accélération transversale du véhicule. Le procédé selon l'invention a l'avantage qu'en tenant compte des relations non linéaires entre l'accélération transversale et la différence de vites- se de rotation des roues ainsi que par ailleurs de la vitesse du véhicule, on peut par exemple tenir compte des mouvements d'écrasement élastique des pneumatiques dans les courbes, en particulier de la réaction au couple de basculement. Le procédé selon l'invention offre également l'avantage que l'accélération transversale présente un comportement continu pendant la variation de la vites- se du véhicule En particulier, le coefficient d'am- plification entre le signal aq O o qui représente l'ac- célération transversale et le signal delta_w qui re- présente la différence de vitesse de rotation des roues peut être enregistré comme courbe non linéaire en fonction de la vitesse. L'effet de non-linéarité de même que le mou- vement de suspension élastique des pneumatiques à l'intérieur de la courbe et le mouvement d'extension élastique des pneumatiques à l'extérieur de la courbe, du fait de la réaction au couple de basculement, peu- vent ainsi être pris en compte notamment à l'aide de grandeurs caractéristiques déterminées de manière em- pirique De plus, le procédé peut être appliqué de fa- çon empirique à chaque véhicule. Selon une réalisation avantageuse du système de l'invention, il est prévu que le signal aq O a obtenu comme cela a été décrit ci-dessus, soit traité dans un filtre de second ordre Cela offre l'avantage que le signal aq O o qui décrit l'accélération transversale du véhicule se déplaçant dans une courbe constante (angle de direction de braquage constant) est dynamisé dans un filtre de second ordre On peut, dans ces condi- tions, tenir compte de la dynamique qui dépend de la vitesse à l'aide de coefficients de filtre commutés en fonction de la vitesse de déplacement. Il est avantageux d'utiliser les signaux aq O o et/ou aq pour la régulation de la suspension et/ou pour commander un système de direction. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, utilisant des pre- miers moyens à l'aide desquels on représente la diffé- rence de vitesse de rotation d'au moins deux roues par un premier signal aq O o à partir de deux signaux del- taw en utilisant un champ de caractéristiques non li- néaires, mis en mémoire et on détermine des troisièmes signaux V représentant la vitesse du véhicule. De plus, selon un autre développement, on a des seconds moyens ayant le comportement d'un filtre du second ordre et qui traite le premier signal aqo 0. La présente invention sera décrite ci-après à titre d'exemple à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma-bloc d'un exem- ple de réalisation de l'invention, la figure 2 montre schématiquement la ré- alisation des premiers moyens du schéma-bloc de la fi- gure 1, la figure 3 est destinée à permettre l'é- vocation de différentes notions à caractère général. Avant de décrire les exemples de réalisation de l'invention à l'aide des figures 1 et 2, on évoque- ra tout d'abord quelques notions générales à l'aide de la figure 3. La différence des vitesses de rotation des roues d'un essieu d'un véhicule 31 à deux voies est, en première approximation, proportionnelle à la vites- se de giration psip c'est-à-dire la vitesse de rota- tion autour de l'axe vertical du véhicule La vitesse de giration psip existe pour les déplacements en cour- be et dépend de la vitesse V du véhicule et du rayon R de la courbe (figure 3) suivant la relation suivante psip = V/R ( 1) Dans le cas d'un trajet en courbe sans ef- forts latéraux, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a plus d'angle en biais, les roues extérieures roulent sur un arc de cercle de rayon R+b avec une fréquence de rota- tion omegaa = 1/r * lpsip*(R+b)l ( 2), alors que les roues intérieures parcourent un arc de cercle de rayon R-b dont la fréquence de rotation est donnée par la formule suivante omegai = 1/r * lpsip*(R-b)l ( 3) Dans ces formules, r désigne le rayon de roulement des roues et l'expression 2 *b désigne l'écartement des roues d'un essieu. La fréquence de différence deltaw entre la fréquence de rotation des roues extérieures et des roues intérieures de la courbe, est donnée par la for- mule suivante: delta W = omegaa omega_i = 2/r * lpsip*bl ( 4). La vitesse de l'angle de giration psip découle de la formule suivante: psip = lr/( 2 *b)l * delta W ( 5). Suivant l'état de la technique (Zomotor, A: Fahrwerktechnik: Fahrverhalten, W rzburg, Edi- tion Vogel, 1987) on connaît le modèle linéaire à une trace pour la dynamique transversale d'un véhicule On en déduit l'accélération transversale aq par la formu- le aq = (psip+betap) * V ( 6). Dans cette formule, V représente la vitesse du véhicu- le et betap la dérivée en fonction du temps de l'angle de flottement La relation entre l'angle de direction delta et la vitesse de l'angle de giration psip ou la vitesse de l'angle de flottement betap correspondent aux fonctions de transfert suivantes G sip (s) = Zpsip (s)/N(s) = psip(s)/delta(s) ( 7) p 51 p p Sip Gbetap (s) = Zbetap(s)/N(s) = betap(s)/delta(s) ( 8) Dans ces formules, S représente la variable de Laplace. Les deux fonctions de transfert Gpsip(s) ou Gbetap(s) se distinguent apparemment que par leur po- lynôme de dénominateur Zpsip(s) ou Zbetap(S), alors que le polynôme du numérateur N(s) est dans les deux cas le polynôme caractéristique du modèle à une trace. En substituant les équations ( 7) et ( 8) dans l'équation ( 6) on obtient les formules suivantes pour la fonction de transfert entre l'accélération trans- versale aq et la vitesse de l'angle de giration psip: aq(s)/psip(s) = l 1 + betap(s)/psip(s)l * V = l 1 + Zbetap(s)/Zpsip(S)l* V = 1/Z psip(s) * lZpsip(s)+Zbetap(s)l * V ( 9) Comme l'ordre du numérateur de la fonction de transfert est égal à l'unité et que l'ordre du dé- nominateur est la puissance 2, il faut ajouter comme filtre, un pôle supplémentaire pour réaliser l'équa- tion ( 9) en technique de calcul L'amplification et la dynamique dépendent des paramètres et de la vites- se du véhicule. Partant de la fréquence de la différence entre la roue intérieure et la roue extérieure de la courbe, l'équation ( 5) permet de calculer la vitesse de l'angle de giration psip Comme dans le cas d'un trajet en courbe stationnaire, lorsque l'angle de braquage delta reste constant, la vitesse de l'angle de flottement betap étant égal à zéro lla fonction de transfert ( 8) a une caractéristique de différentiell, selon les équations ( 5) et ( 6) on a une accélération transversale aq 00 pour un trajet en courbe station- naire, qui est directement proportionnelle à la vi- tesse du véhicule et à la vitesse de rotation de dif- férence delta W soit: aq 00 = lr/( 2 *b)l * deltaw * V ( 10) L'équation ( 10) laisse prévoir, comme cela a été décrit dans l'état de la technique, qu'il y a une simple relation linéaire entre la vitesse de ro- tation de différence delta_w, la vitesse V du véhicu- le et l'accélération aq qu'il faut déterminer. Or, la simple relation linéaire ne repré- sente que de manière insuffisante l'accélération transversale Une raison en est que par exemple l'é- lasticité des pneumatiques dans le déplacement en courbe n'est pas prise en compte dans la réaction au couple de basculement En effet, dans un trajet en courbe, on a l'effet que les pneumatiques à l'inté- rieur de la courbe effectuent un mouvement de ressort positif alors que les pneumatiques à l'extérieur de la courbe effectuent un mouvement de ressort négatif. En plus de la fréquence de différence engendrée par le déplacement en courbe, on a alors une fréquence de différence qui est engendrée par une réduction du rayon, une augmentation du rayon des roues à cause de la réaction au couple de basculement évoquée ci- dessus. La relation non linéaire entre l'accéléra- tion transversale, la différence de vitesse de rota- tion de roue et la vitesse du véhicule est prise en compte par des grandeurs caractéristiques obtenues de manière empirique, par exemple sous la forme d'un champ de caractéristiques non linéaires ou d'un champ de caractéristiques linéaires Cela permet d'adapter la détermination de l'accélération transversale à chaque véhicule Cela peut par exemple se faire en équipant un véhicule d'une série concernée non seule- ment de moyens pour déterminer les différences de vi- tesse de rotation des roues et de vitesses avec les capteurs d'accélération transversale En mesurant l'accélération transversale pour différents trajets en courbe à des vitesse de déplacement différentes, on obtient les grandeurs caractéristiques évoquées ci- dessus Partant de ces grandeurs caractéristiques, on peut déterminer pour des véhicules analogues, et cela sans capteur d'accélération transversale, l'ac- célération transversale en utilisant la fréquence de différence et la vitesse de déplacement. Cette valeur de l'accélération transversale obtenue comme cela a été décrit ci-dessus, correspond à la valeur statistique de l'accélération transversa- le aq O o car seulement pour des trajets en courbe sta- tionnaire (l'angle de direction ou de braquage delta est constant) la vitesse de l'angle de flottement be- tap léquations ( 6) et ( 8)l est égale à zéro La vi- tesse de l'angle de flottement betap, différent de zéro pour des trajets en courbe non stationnaire (l'angle de direction delta n'est pas constant) est prise en compte selon l'équation ( 9) A partir de l'équation ( 6), pour la valeur statistique de l'accé- lération transversale aq O o dans le cas d'un trajet en courbe stationnaire (la vitesse de l'angle de frotte- ment betap est égal à zéro) aq O o = psip * V ( 6 ') En substituant cette formule dans l'équa- tion ( 9) on obtient la formule suivante: aq/aq 00 = 1/Zpsip(s) * lZp Sip (S)+zbetap (s)l () La prise en compte de la vitesse de l'angle de flottement non nul, betap pour un trajet dans une courbe non stationnaire, peut ainsi se faire selon l'équation ( 9 ') en traitant la valeur stationnaire de l'équation transversale aq O o dans un filtre du second ordre La fonction de la vitesse de la dynamique peut être prise en compte par des coefficients de filtres commutables dépendant de la vitesse du véhicule. La figure 1 montre un schéma-bloc de il l'exemple de réalisation Les références 11 et 12 correspondent à des moyens pour détecter les diffé- rences de vitesse de rotation de roue deltaw et de la vitesse de déplacement V Les premiers moyens 13 servent à traiter les signaux fournis par les moyens 11, 12 Les signaux de sortie aq O o des premiers moyens 13 sont appliqués à l'entrée des seconds moyens 14 En option, les seconds moyens reçoivent les signaux de sortie V des moyens 12 De plus, on peut traiter d'autres grandeurs, notamment des para- mètres du véhicule dans les seconds moyens 14 La ré- férence 15 désigne un système de régulation de sus- pension et/ou de guidage recevant les signaux de sor- tie aq des seconds moyens 14 et/ou les signaux de sortie aq O o des premiers moyens 13. L'exemple de réalisation fonctionne comme indiqué ci-après Les moyens 11 et 12 détectent les seconds signaux deltaw qui représente la différence de vi- tesse de rotation d'au moins deux roues correspondant à au moins un essieu; les troisièmes signaux V re- présentent la vitesse du véhicule Cela peut se faire notamment à l'aide de capteurs de vitesse de rotation de roue qui servent dans le système de protection de blocage du freinage (système ABS) Cela permet de connaître les vitesses de rotation des différentes roues ainsi que la vitesse de rotation moyenne de plusieurs roues comme vitesse du véhicule. Les premiers moyens 13 contiennent les grandeurs caractéristiques évoquées ci-dessus qui dé- crivent les relations non linéaires entre l'accéléra- tion transversale, la différence de vitesse de rota- tion des roues et la vitesse du véhicule Cette in- formation peut être enregistrée dans un champ de ca- ractéristiques non linéaires. La figure 2 montre un exemple de réalisa- tion des premiers moyens 13 Les seconds signaux del- taw qui représentent la différence de vitesse de ro- tation sont fournis aux moyens 21 Les moyens 21 ont un comportement de transfert décrit par l'équation 5 si bien qu'en sortie des moyens 21 on obtient un si- gnal psip qui représente la vitesse de l'angle de gi- ration dans le cas d'un trajet en courbe stationnaire à rayon de roulement constant pour les pneus La courbe caractéristique non linéaire combine le signal psip au signal V représentant la vitesse du véhicule pour former un premier signal aq O o correspondant à l'accélération transversale statique Cela suppose que dans le cas stationnaire (angle de direction constant) selon l'équation ( 6), l'accélération trans- versale statique aq O o est proportionnelle à la vites- se de l'angle de giration C'est pourquoi il suffit d'enregistrer le comportement non linéaire sous la forme d'une courbe caractéristique non linéaire. La transformation dynamique évoquée ci- dessus de la valeur stationnaire de l'accélération transversale se fait par le traitement du premier si- gnal aq O o correspondant dans les seconds moyens 14 (figure 1) dont le comportement de transfert est dé- crit par l'équation ( 9 ') La relation de vitesse pour la dynamique peut être prise en compte par des coef- ficients de filtres commutés en fonction de la vites- se de déplacement; en option, on fournit la vitesse du véhicule en plus des paramètres du véhicule aux seconds moyens 14. En sortie des seconds moyens 14 on dispose du quatrième signal aq qui représente l'accélération transversale du véhicule Ce signal aq peut alors être appliqué à un système qui influence la dynamique de déplacement du véhicule pour d'autres traitements. De tels systèmes correspondent par exemple à des sys- tèmes de régulation de suspension ou de direction. REVENDICATIONS 1) Procédé pour générer un signal représen- tant le mouvement transversal d'un véhicule, utili- sant la vitesse de rotation d'au moins deux roues d'au moins un essieu, procédé caractérisé en ce qu'on détermine un premier signal (aq O o) représentant le mouvement transversal du véhicule à l'aide d'un champ de caractéristiques prédéterminées à partir des se- conds signaux (deltaw) représentant la différence de vitesse de rotation d'au moins deux roues et les troisièmes signaux (V) représentant la vitesse du vé- hicule. 2) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on détermine de manière non linéaire le champ de caractéristiques prédéterminées. 3) Procédé selon au moins l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le champ de caractéristiques non linéaires est conçu pour avoir une relation non linéaire entre au moins deux des trois signaux (aqo 0, deltaw, V). 4) Procédé selon au moins l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le coef- ficient d'amplification entre le signal (aq O o) repré- sentant l'accélération et le signal (deltaw) repré- sentant la différence de vitesse de rotation des roues, est inscrit comme courbe caractéristique non linéaire en fonction de la vitesse du véhicule (V). ) Procédé selon au moins l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le pre- nier signal (aq O o) est traité en outre dans un filtre ( 4) du second ordre pour donner un quatrième signal (aq). 6) Procédé selon au moins l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le com- portement de transfert du filtre ( 4) de second ordre dépend de la vitesse du véhicule (V) notamment de la commutation des coefficients de filtre et/ou des pa- ramètres du véhicule en fonction de la vitesse de dé- placement. 7) Procédé selon au moins l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le pre- mier signal (aq O o) et/ou le quatrième signal (aq) sont utilisés pour la régulation de la suspension et/ou la commande d'un système de direction. 8) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par des premiers moyens ( 13) à l'aide desquels on détermine un premier signal (aq O o) à partir de seconds signaux (delta-w) représentant la différence de la vitesse de rotation d'au moins deux roues et les troisièmes si- gnaux (V) qui représentent la vitesse de déplacement. 9) Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé par des seconds moyens ( 14) avec un compor- tement de transfert d'un filtre de second ordre, qui traite les premiers signaux (aq 00).