Brevet FR2674194A1 — publié le 19920925

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la vitesse de rotation des roues d'un véhicule automobile dans les virages, et un dispositif pour sa mise en oeuvre. On connut des dispositifs appelés communément "différentiels1, et destinés à permettre l'entraînement à des vitesses différentes de deux roues d'un même essieu de véhicule automobile, lorsque ce véhicu'e aborde un virage ; ces dispositifs étant rendus nécessaires par le fait que la roue extérieure au virage parcourt un trajet plus long que l'autre roue longeant l'intérieur de ce même virage. Ces différentiels sont constitués généralement par un train épicycloidal à pignons coniques comprenant deux engrenages planétaires recevant les deux arbres de roues qu'ils entraînent et deux satellites reliant les deux planétaires, et permettent aux roues de tourner à des vitesses différentes, la somme des vitesses desdites roues étant maintenue constante.Certains de ces différentiels comme les différentiels autobloquants, permettent de limiter la vitesse de rotation d'une roue par rapport à l'autre d'une valeur constante, d'autres, commes les visco-coupleurs limitent les rapports de couple en fonction de l'écart de vitesse. Or, ces dispositifs ne permettent pas d'éviter les glissements de la roue intérieure au virage par rapport au sol dans tous les cas de figures, ces glissements provenant du fait que les roues motrices ne tournent pas à leur vitesse théorique. La présente invention a pour but de résoudre ce problème consistant à créer un procédé de contrôle de la vitesse des roues d'un véhicule dans les virages et un dispositif pour sa mise en oeuvre, améliorant considérablement la tenue de route du véhicule dans les virages en supprimant les glissements indésirables observés lors de l'utilisation des différentiels classiques. A cet effet la présente invention a pour objet un procédé de contrôle de la vitesse de rotation des roues d'un véhicule automobile dans les virages, dans lequel au moins deux roues du véhicule peuvent tourner à des vitesses différentes, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il consiste à asservir en virage la vitesse de rotation de chacune des deux roues précitées en appui sur le sol, à sa vitesse théorique pour laquelle aucun frottement de glissement ne se produit entre la roue et le sol, cet asservissement étant piloté par un calculateur donnant en continu la vitesse théorique en fonction d'un certain nombre de paramètres relatifs au véhicule et à son comportement en virage. Suivant une réalisation particulière de l'invention ces paramètres relatifs au comportement du véhicule en virage sont la variation angulaire de chacune des roues et la vitesse du centre de gravité du véhicule pendant le virage. Le calcul de la vitesse théorique pour chacune des roues consiste à mesurer la variation angulaire de la roue après manipulation du volant, puis à en déduire le rayon de courbure de la trajectoire de la roue et du centre de gravité du véhicule en application du principe de l'épure de Jeantaud, et à mesurer la vitesse du centre de gravité du véhicule, pour finalement en déduire la vitesse théorique de chaque roue par application du principe selon lequel le rapport des vitesses aux rayons de courbure est le même pour chaque roue et pour le centre de gravité. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la vitesse de l'une des roues est asservie à une vitesse légèrement supérieure ou bien inférieure à la vitesse théorique de façon que le véhicule soit sur-vireur ou bien sous-vireur. L'invention a encore pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment qui comporte un calculateur relié en amont à un moyen de mesure de la variation angulaire de chacune des roues et à des capteurs de vitesse de chacune de ces mêmes roues, et en aval aux organes de commande des moyens de freinage des roues associés à des moyens différentiels. Selon une autre caractéristique, le moyen de mesure précité est un capteur de la variation angulaire du volant permettant la détermination de la variation angulaire des roues du véhicule, après prise en compte de la démultiplication entre roues et volant. Suivant une réalisation particulière de l'invention, le moyen de freinage est un frein à disque hydraulique comportant des électrovannes envoyant une pression dans les cyclindres des étriers desdits freins, et un différentiel classique est disposé entre les deux freins précités pour absorber les différences de vitesse. Suivant une variante de réalisation de l'invention, le moyen de freinage est un embrayage/frein propre à bloquer ou à libérer un disque qui entraîne les axes des satellites d'un différentiel. Suivant une application particulière, le dispositif de l'invention équipe un véhicule automobile déjà pourvu du système antiblocage ou bien antipatinage des roues. Suivant une autre application particulière, le dispositif de l'invention équipe les quatre roues d'un véhicule à quatre roues motrices. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention, apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de dessus, illustrant le système de direction d'un véhicule automobile, à propulsion arrière, équipé du dispositif de l'invention dans une réalisation particulière - la figure 2 est une vue schématique illustrant le principe énoncé par l'épure de Jeantaud - la figure 3 est une vue partielle illustrant une variante de réalisation du système de commande de freinage du dispositif de l'invention - la figure 4 est une vue similaire à la figure 1, mais illustrant le dispositif de l'invention équipant un véhicule à traction avant - la figure 5 est une vue similaire à la précédente, mais illustrant le dispositif de l'invention équipant un véhicule à quatre roues motrices ; et - les figures 6 et 7 sont deux organigrammes illustrant respectivement l'entrée des données du véhicule pour le calcul des paramètres du calculateur, et le fonctionnement du procédé de l'invention. On voit sur la figure 1, un système de direction d'un véhicule automobile à propulsion arrière, c'est-à-dire dont la transmission de l'effort du moteur est répartie entre les roues arrière 3, 4. Les roues avant 1 et 2, non motrices, sont orientées de façon connue en soi, par un volant de direction, par l'intermédiaire d'engrenages et d'une timonerie, tandis que les roues arrière 3, 4, motrices, reçoivent le couple moteur par l'intermédiaire de l'arbre de transmission 14 et d'un système d'engrenage différentiel réunissant les deux moitiés d'essieu du véhicule, et permettant de transmettre aux deux arbres de roues des vitesses différentes lorsque le véhicule aborde une courbe, tout en maintenant la somme des deux vitesses égale à la vitesse de rotation de l'arbre de transmission. Selon l'invention, les deux roues motrices 3, 4 du véhicule non seulement tournent à des vitesses différentes, mais tournent chacune à une vitesse ci-après dénommée vitesse théorique, qui correspond à la vitesse qu'elle devrait réellement avoir pour qu'aucun glissement de la roue sur le sol ne soit produit, laquelle vitesse dépend de l'angle du virage et de la vitesse du véhicule au moment où il amorce la courbe. A cet effet le dispositif de l'invention se compose d'un calculateur 10 calculant en temps réel la vitesse théorique de chacune des roues 3, 4 et pilotant les organes de commande agissant sur la vitesse de chaque roue ; ce calculateur 10 reçevant des signaux provenant de capteurs de vitesse 5, 6 associés à chacune des roues 3, 4 de façon à asservir chacune de ces mêmes roues à sa vitesse théorique. La vitesse théorique précitée est déterminée par application du principe énoncé par l'épure de Jeantaud auquel principe satisfont généralement les essieux de véhicule automobile. Selon ce principe, illustré sur la figure 2, le centre instantané de rotation O du véhicule est situé à l'intersection des axes des roues avant 1, 2, et se trouve toujours approximativement dans le prolongement des axes des roues arrière 3, 4. Selon ce même principe, à chaque variation de l'angle de rotation de l'axe de la roue 1, 2 amorçant un virage correspond un rayon de courbure R1, R2 délimité par le centre instantané de rotation précité O et le centre de chaque roue 1, 2. Il est également connu que lorsqu'un véhicule aborde un virage, le rapport des vitesses des roues 1, 2 aux rayons de courbure R1, R2 est le même pour chaque roue 1, 2 que pour le centre de gravité du véhicule.Il en résulte que la vitesse théorique de chacune des roues peut être calculée en fonction à la fois de son rayon de courbure, du rayon de courbure du centre de gravité du véhicule, et de la vitesse de ce centre de gravité, qui correspond à la vitesse du véhicule. Ii est donc possible de calculer, pour chacune des roues 1, 2, la vitesse théorique en relevant l'angleo( 1, OL 2 décrit par la roue 1, 2 qui peut être déterminé en tenant compte de la démultiplication entre le volant et la roue concernée, en plaçant un capteur d'angle sur le volant de direction 9. Vont être décrits à travers ce qui suit les deux réalisations particulières du système de commande 7, 8 destiné à agir sur la vitesse de chacune des roues, en se reportant de nouveau à la figure 1. Suivant un premier mode de réalisation de ce système de commande, des électrovannes envoient de la pression dans les cylindres des étriers de freins, cette pression étant régulée en fonction des valeurs des vitesses théoriques calculées ; et des capteurs 5, 6 mesurent en continu la vitesse de chaque roue 3, 4 et la comparent à la vitesse théorique pendant toute la durée du virage. Ce mode de réalisation nécessite l'interposition, entre les deux essieux des roues concernées 3, 4, d'un différentiel classique (non visible sur cette figure) destiné à absorber les différences de vitesses instantanées entre ces deux roues 3, 4. Il est à noter que ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le sens où il peut être mis en oeuvre facilement sur les véhicules déjà équipés d'un système antiblocage ou bien antipatinage des roues, pour lesquels les moyens de freinage, les capteurs de vitesse sur chaque roue et le calculateur sont déjà prévus, seule la logique de commande étant à modifier. Ainsi, lorsqu'un dispositif conforme à l'invention équipe un véhicule déjà pourvu du système antiblocage des roues, chaque roue tourne à la bonne vitesse et non à la vitesse correspondant à la vitesse du centre de gravité, lors du freinage en virage ; ce qui se traduit par une amélioration de la stabilité du véhicule. De même lorsque le véhicule est équipé d'un système antipatinage des roues, lorsque la roue accélerera en démarrage. Suivant un second mode de réalisation, le système de commande illustré sur la figure 3 se compose d'un ensemble d'engrenages coniques 74, 75, 76, 77 agencés de manière à permettre ou à empêcher la transmission du couple moteur à 1' un 11 des arbres de roue en fonction des signaux délivrés par le calculateur. A cet effet, l'arbre d'entrée 12 reçoit à l'une de ses extrémités le couple provenant du moteur et comporte, à son autre extrémité, un premier pignon conique 74 entralnant, par l'intermédiaire de deux satellites 76, 77, un autre pignon conique, ou planétaire 75, solidaire de arbre 11 de roue 3 du véhicule.Les satellites précités 76, 77 sont montés fous par rapport à un disque 73 susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe correspondant à l'axe de l'arbre 11 de roue 3 et pouvant être immobilisé par un système hydraulique constitué d'un cyclindre 70 dans lequel un piston 78, rappelé par un ressort 79, se déplace sous l'effet d'une pression dont la valeur est commandée par le calculateur, le déplacement du piston 78 dans un sens ou dans l'autre immobilisant ou libérant le disque 73. Ainsi en fonctionnement, lorsque le disque précité 73 est immobilisé, ce qui correspond à une pression nulle dans le cylindre 70, les satellites 76, 77 transmettent à l'arbre de roues 11 la totalité du couple provenant du moteur, le planétaire 75 entralnant l'arbre de roue 11 à la vitesse correspondant à celle de l'arbre moteur 12. Lorsqu'au contraire une pression est établie dans le cylindre 70, l'éloignement de la tige du piston 78 par rapport au disque 73 libère ce même disque 73 qui peut alors tourner en entralnant avec lui les axes des satellites 76, 77, ceci engendrant la diminution de la vitesse de la roue ; un capteur de rotation 5 étant interposé entre la roue 3 et le système d'engrenage précité permet la réalisation de l'asservissement de la roue à sa vitesse théorique. Il est à noter que ce système de commande fait office de différentiel et qu'en conséquence, lorsque chaque roue est équipée du dispositif précité, le système de transmission du véhicule ne comporte pas de différentiel central comme ceci était le cas dans la réalisation précédemment décrite. Sur les figures 4 et 5, on voit que le dispositif de l'invention est mis en service respectivement sur un véhicule automobile à traction dite "avant", et sur un véhicule à quatre roues motrices, à la place du différentiel, ce qui permet de conserver le couple sur la roue non délestée. Il va être procédé à travers ce qui suit à une description du procédé de l'invention dans ces différentes étapes, à l'aide des figures 6 et 7. Sur la figure 6, le premier rectangle 20 schématise l'entrée des données constantes et propres au véhicule concerné, à savoir, la démultiplication entre le volant et les roues, l'empattement, les opérations de calcul permettant l'application du principe énoncé par l'épure de Jeantaud, et la partie concernée du véhicule à savoir l'avant ou l'arrière. L'introduction de ces constantes permet le calcul des paramètres du système, ce qui est schématisé par le second rectangle 21, lesquels paramètres étant transmis en 31 à un module de création d'un tableau 22 mémorisant les vitesses théoriques des roues en fonction de l'angle du volant. Sur la figure 7, on prélève en 23 la valeur de sortie du capteur d'angle 90 pour introduire cette donnée dans le calculateur, lequel détermine en 24 par l'intermédiaire du tableau précité, la valeur des vitesses théoriques VT1, VT2, VT3, VT4 de chaque roue, ces valeurs étant ensuite envoyées en 25 comme données d'entrée d'une chaîne d'asservissement du type classique, constituée d'un amplificateur opérationnel 32 et d'une résistance 33. La sortie de l'amplificateur précité 32 commande alors en 27 le fonctionnement des systèmes de commande 7 des organes de freinage, la chaîne d'asservissement se terminant par la mesure de la vitesse réelle instantanée de la roue, en 26, par une comparaison permanente avec sa vitesse théorique.Les vitesses instantanées de chacune des roues V1, V2, V3, V4 sont en permanence prélevées en 28 et envoyées en 38 vers un module de calcul 29 de la vitesse du centre de gravité du véhicule, laquelle vitesse est réinjectée en permanence, en 39, dans le calculateur. On peut noter que bien que le réglage des vitesses de chacune des roues à la valeur théorique permette d'obtenir une meilleure adhésion des roues au sol dans les virages, il peut être souhaitable de faire varier la vitesse de consigne des roues en dessous ou au dessus de ces vitesses théoriques afin de rendre le véhicule plus ou moins sur-vireur. Par exemple, pour un virage à droite VT3 = VT4 (R3/R4 + t ) pour un véhicule sur-vireur, et VT3 = VT4 (R3/R4 - 6 ) pour un véhicule sous-vireur. On peut noter également que bien que le dispositif de l'invention ait été mis en service dans les réalisations décrites sur les roues motrices du véhicule, on pourrait également envisager l'asservissement des roues non motrices des véhicules à leurs vitesses théoriques. On a donc créer selon l'invention un procédé de contrôle de la vitesse de chaque roue du véhicule automobile et un dispositif pour sa mise en oeuvre, permettant, par l'asservissement des roues à leurs vitesses théoriques, d'augmenter la stabilité du véhicule pendant le virage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la vitesse de rotation des roues d'un véhicule automobile dans les virages, dans lequel au moins deux roues du véhicule peuvent tourner à des vitesses différentes, caractérisé en ce qu il consiste à asservir en virage la vitesse de rotation de chacune des roues précitées (1, 2, 3, 4) en appui sur le sol, à sa vitesse théorique (VT1, VT2, VT3, VT4) pour laquelle aucun frottement de glissement ne se produit entre la roue (1, 2, 3, 4) et le sol, cet asservissement étant piloté par un calculateur (10) donnant en continu ladite vitesse théorique (VT1, VT2, VT3, VT4) en fonction d'un certain nombre de paramètres relatifs au véhicule et à son comportement en virage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres relatifs au comportement du véhicule en virage sont la variation angulaire (OL 1,Ct d 2) de chacune des roues (1, 2, 3, 4) et la vitesse du centre de gravité du véhicule pendant le virage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le calcul de la vitesse théorique pour chacune des roues précitées (1, 2, 3, 4) consiste à mesurer la variation angulaire (ck 1,ck 2) de la roue (1, 2, 3, 4) après manipulation du volant (9), puis à en déduire le rayon de courbure (R1, R2, R3, R4) de la trajectoire de la roue (1, 2, 3, 4) et du centre de gravité du véhicule en application du principe de l'épure de Jeantaud, à mesurer la vitesse du centre de gravité pour finalement en déduire la vitesse théorique (VT1, VT2, VT3, VT4) de chaque roue (1, 2, 3, 4) par application du principe selon lequel le rapport des vitesses aux rayons de courbure (R1, R2, R3, R4) est le même pour chaque roue et pour le centre de gravité. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de l'une des roues précitées (1, 2, 3, 4) est asservie à une vitesse légèrement supérieure ou bien inférieure à la vitesse théorique (VT1, VT2, VT3, VT4) de façon que le véhicule soit sur-vireur ou bien sous-vireur. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur (10) relié en amont à un moyen de mesure (9) de la variation angulaire (01,62) de chacune des roues (1, 2, 3, 4) et à des capteurs de vitesse (5) de chacune des roues (1, 2, 3, 4) et en aval, aux organes de commande (7, 8) des moyens de freinage respectifs des roues (1, 2, 3, 4) associés à des moyens différentiels. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure est un capteur (90) de la variation angulaire du volant (9) permettant la détermination de la variation angulaire (0k 1, 2) des roues (1, 2, 3, 4) du véhicule, après prise en compte de la démultiplication entre roues (1, 2, 3, 4) et volant (9). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le moyen de freinage est un frein à disque hydraulique comportant des électrovannes envoyant une pression dans les cylindres des étriers desdits freins, et en ce qu'un différentiel classique est disposé entre les deux freins précités pour absorber les différences de vitesse. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le moyen de freinage est un embrayage/frein propre à bloquer ou à libérer un disque (73) qui entraîne les axes des satellites (76, 77) d'un différentiel. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il équipe un véhicule automobile déjà pourvu du système antiblocage ou bien antipatinage des roues. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il équipe les quatre roues (1, 2, 3, 4) d'un véhicule à quatre roues motrices.