Brevet FR2696019A1 — publié le 19940325

L'invention concerne un système pour in- f luencer la dynamique de marche d'un véhicule automo- bile. Il faut s'attendre à ce que les véhicules automobiles soient de plus en plus équipés à l'avenir de systèmes complexes pour commander et/ou réguler le comportement du véhicule On connaît déjà des systèmes pour réguler et/ou commander le freinage lsystèmes antiblocage (ABS), régulateurs de glissement au frei-10 nagel, des systèmes pour réguler le patinage à l'en- traînement (ASR), des systèmes pour commander et/ou réguler la direction (direction agissant sur quatre roues), des systèmes pour réguler ou commander le mécanisme de roulement (de préférence pour influencer le mouvement vertical du véhicule}, des systèmes pour réguler la dynamique de marche (de préférence afin d'influencer les mouvements autour de l'axe longitudinal et autour de l'axe vertical du véhicule), de même que des systèmes pour la commande électronique de la boîte de vitesses d'un véhicule et des systèmes de gestion du moteur De tels systèmes sont présentés par exemple dans l'article "The next step in automotive electronic control", Convergence 88, pages 83 à 89. Un point commun de ces systèmes est qu'ils demandent des informations relatives aux mouvements du véhicule par rapport à la route Ceci requiert surtout la mesure, par des capteurs appropriés, du mouvement longitudinal, du mouvement transversal et du mouvement de lacet du véhicule. Par le document WO 90/00735, on connaît des capteurs exécutés en micromécanique Ces capteurs mesurent des composantes de force ou des accélérations linéaires et/ou des accélérations angulaires en plu- sieurs dimensions. Le document DE-OS 37 69 508 présente des capteurs, exécutés en micromécanique, qui détectent les mouvements de basculement d'un véhicule automobile par rapport à au moins deux axes de basculement Il est ainsi possible de déclencher des dispositifs de protec- tion des occupants tels que des tendeurs de ceinture de sécurité, des coussins pneumatiques de sécurité (air-bag), des feux de détresse et la mise en place d'arceaux de sécurité lorsque les mouvements de basculement détectés du véhicule dépassent certaines limites. Selon l'invention, un système pour influencer la dynamique de marche d'un véhicule automobile est caractérisé en ce que au moins deux unités de capteurs sont prévus pour de- tecter des mouvements du véhicule, des premières unités d'exploitation sont prévues pour une première exploitation des signaux des unités de capteurs, ces premières unités d'exploitation étant rassemblées dans l'espace avec les, unités de cap- teurs, 2 o des secondes unités d'exploitation commandent, en fonction des mouvements détectés du véhicule, des actionneurs qui influencent les mouvements du véhi- cule, les secondes unités d'exploitation étant disposées dans l'espace à l'extérieur du module de capteurs, et des moyens de liaison sont prévus entre les pre- mières et les secondes unités d'exploitation. Les secondes unités d'exploitation, reliées par des moyens de liaison aux premières unités d'ex- ploitation, traitent les signaux, élaborés dans les premières unités d'exploitation, suivant l'objectif d'une régulation et/ou d'une commande, pour produire des signaux de commande d'actionneurs qui influencent les mouvements du véhicule.35 Les unités de capteurs sont de préférence conçues pour détecter les mouvements longitudinaux et/ou transversaux et/ou de lacet du véhicule Les capteurs pour les mouvements longitudinaux, transversaux et de lacet, sont disposés de façon centrale dans un appareil de commande qui leur est propre et que l'on appelle module de capteurs, lequel module communique avec les appareils de commande pour les différentes fonctions du véhicule (régulation du mécanisme de roulement, direc- tion, système antiblocage, système antipatinage, et ainsi de suite) par un bus sériel, par exemple un bus de10 type CAN pour "l Controller Area Network"l ou bus du réseau zone de commande ou de contrôleur) On obtient ainsi notamment les avantages découlant du fait que le module de capteurs demande seulement le nombre d'arrivées/sor- ties nécessaires au système de bus et à l'alimentation L 15 électrique L'invention permet ainsi d'obtenir un faible nombre de lignes à raccorder par des connecteurs à enfichage au module de capteurs. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, les premières unités d'exploitation sont conçues pour le filtrage des signaux de capteurs, en particulier l'élimination par filtrage de parasites de haute fréquence induits par le mécanisme de roulement et/ou le système de propulsion du véhicule, et/ou la compensation de non-linéarités des signaux de cap- teurs, en particulier la compensation de variations des signaux de capteurs en fonction de la tempéra- ture, et/ou la prise en compte des sensibilités transversales des unités de capteurs et/ou la surveillance des unités de capteurs et/ou la transformation des signaux de capteurs par le cal- cul en signaux de capteurs rapportés à un point quelconque du véhicule, choisi librement, en parti- culier au centre de gravité du véhicule. On obtient ainsi les avantages décrits ci- apres. La compensation en température généralement nécessaire des caractéristiques des capteurs demande seulement un capteur de température, installé de préfé- rence à l'intérieur ou à proximité du module de capteurs et mesurant la température à laquelle sont exposées les unités de capteurs. Les sensibilités transversales des capteurs peuvent déjà être corrigées dans le module de capteurs. Le terme "sensibilité transversale" des capteurs veut dire ici qu'un capteur mesurant des accélérations dans la direction longitudinale du véhicule, par exemple, est influencé aussi, en raison de sa construction mécanique, par des composantes de l'accélération dans la direction transversale du véhicule Lorsqu'on corrige par exemple les signaux du capteur pour les mouvements longitudinaux du véhicule en tenant compte des fractions de mouvement transversal, mesurées par un autre capteur du module, on obtient des données corrigées pour les mouvements longitudinaux Afin de tenir compte des sensibilités transversales des unités de capteurs, on corrige par conséquent les signaux fournis par au moins une unité de capteur en fonction du signal fourni par au moins une autre unité de capteur Cette correction s'effectue dans les premières unités d'exploitation, réalisées de préférence comme une microcommande ou un microcontrôleur (calculateur sous la forme d'un circuit intégré). Grâce à la diminution du nombre de paramètres, on obtient une simplification de la transformation des valeurs mesurées par les unités de capteurs en valeurs rapportées à un point quelconque du véhicule, en parti- culier au centre de gravité du véhicule, le module de capteurs pouvant être installé à l'endroit désiré Il en résulte une réduction de la dépense pour la mise en oeuvre et on peut s'attendre à une précision accrue des calculs. Les valeurs mesurées par le module de capteurs sont utilisables par un grand nombre d'appareils de commande. Surtout la réalisation en micromécanique des capteurs sur un circuit intégré, procure des avantages pour ce qui concerne l'ajustement, les caractéristiques de réponse en température et le prix. La diminution du nombre de lignes à raccorder par des connecteurs à enfichage au module, représente également un avantage. Par suite de la séparation dans l'espace d'autres appareils de commande, auxquels sont envoyés les signaux de capteurs corrigés, le module de capteurs peut être installé dans l'habitacle du véhicule, de sorte qu'il est possible de réaliser le boîtier du module à un prix plus avantageux. Enfin, on obtient l'avantage que les coûts de fabrication peuvent rester faibles grâce à l'indépen- dance totale du module de capteurs du type de véhicule ou de l'équipement du véhicule, ainsi que grâce à la standardisation du module et de son raccordement par un bus standard, par exemple le bus CAN connu.25 Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, il est préférable que les unités de capteurs détectent les accélérations longitudinales et/ou trans- versales et/ou de lacet et/ou les vitesses de lacet du véhicule. La structure de conception nouvelle, selon l'invention, pour les systèmes à commande électronique à bord du véhicule automobile, prévoit une plus haute modularité des composants matériels Les différents appareils de commande échangent des informations par le système de bus sériel CAN Il devient ainsi possible de coordonner différentes fonctions partielles Ceci est vrai à la fois pour la gestion du moteur et pour la commande de la transmission automatique, des freins, du mécanisme de roulement, etc. Le but du dispositif selon l'invention est la définition d'un système modulaire avec des modules standardisés, à partir duquel peuvent être composés des systèmes électroniques étendus. D'autres caractéristiques et avantages de 1 l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels les figures t et 2 sont des schémas fonctionnels du système selon l'invention. La figure 1 représente un module de capteurs relié par des moyens de liaison 11 à des unités d'exploitation A 21, A 22, A 23 et A 24 A l'intérieur du module 10, des signaux al, aq et w, fournis par des unités de capteurs Si, 52 et 53, sont envoyés à une première unité d'exploitation Al Celle-ci reçoit en outre le signal de sortie T d'un capteur de température TI. Les unités de capteurs Si, 52 et 53 détectent de façon connue les mouvements longitudinaux, transver- saux et de lacet du véhicule, de préférence comme des accélérations longitudinales et transversales du véhi- cule, ainsi que, pour ce qui concerne les mouvements de lacet, comme des vitesses ou des accélérations de lacet. Dans le cadre du présent mémoire, le mouvement de lacet du véhicule désigne un pivotement du véhicule autour de son axe vertical. En plus des accélérations ou vitesses à détecter, les signaux de sortie des capteurs Si, 52 et 53 dépendent de la température environnante des unités de capteurs Cette température est détectée par le capteur TI Au cas o les unités de capteurs Si, 52 et 53 sont rassemblées dans un espace minimal, par exemple dans une exécution micromécanique sur un circuit inté- gré, la température environnante de l'ensemble peut être détectée par un capteur de température prévu sur ce même circuit intégré. Dans ces conditions, il peut être tenu compte de l'influence de la température sur les caractéris- tiques des capteurs dans les premières unités d'exploi- tation Ai, si bien que, à l'extérieur de ces unités, on10 dispose de signaux de capteurs, représentant les mouve- ments du véhicule, qui sont corrigés en température. On sait en outre que les capteurs d'accéléra- tion (Si, 52) et les capteurs de grandeurs de rotation ( 53) possèdent ce que l'on appelle des sensibilités transversales Cela signifie que ces capteurs mesurent non seulement les composantes d'accélération ou de vitesse pour lesquelles ils sont conçus, mais aussi des composantes d'accélération ou de vitesse agissant en d'autres directions que les accélérations ou vitesses pour lesquelles ils ont été conçus C'est ainsi que, par exemple, un capteur de grandeur de rotation ( 53) cons- titué par un capteur piézoélectrique, mesure aussi des fractions d'accélérations transversales et longitudi- nales De même, les signaux des capteurs pour les accélérations transversales et longitudinales, sont mutuellement dépendants Ces dépendances sont géné- ralement connues à la conception des capteurs et il peut en être tenu compte, par exemple, par des courbes caractéristiques utilisées dans la conception des30 premières unités d'exploitation Ai Comme la première unité d'exploitation Ai reçoit les signaux de toutes les unités de capteurs, ces signaux peuvent être corrigés en tenant compte des signaux fournis par les autres cap- teurs.35 Les appareils de commande ou secondes unités d'exploitation A 21, A 22, A 23 et A 24 ont généralement besoin des signaux de capteurs, corrigés, représentant les mouvements du véhicule dans le sens longitudinal, transversal et de lacet par rapport au centre de gravité massique ou surfacique En raison de la grandeur du module de capteurs et de la place disponible dans le véhicule, il est impossible en beaucoup de cas d'in- staller ce module au centre de gravité massique ou surfacique du véhicule Au cas o le module ne se trouve pas au centre de gravité du véhicule, les signaux de sortie des unités de capteurs Si, 52 et 53 peuvent facilement être transformés, dans les premières unités d'exploitation Al, en signaux rapportés à ce centre de gravité Il suffit pour cela de connaître la géométrie du véhicule et l'emplacement du module. A la sortie du module de capteurs 10, on dispose par conséquent des signaux de capteurs corrigés en température, sensibilité transversale et par rapport au centre de gravité Ces signaux peuvent être traités ensuite par un grand nombre d'appareils de commande A 21, A 22, A 23 et A 24 La transmission depuis le module 10 aux appareils de commande ou unités d'exploitation supplé- mentaires A 21, A 22, A 23 et A 24, s'effectue au moyen d'un système de bus sériel A cet égard, on a envisagé surtout le système de bus sériel CAN dont il a été question précédemment Il devient ainsi possible de coordonner différentes fonctions partielles. Les informations relatives aux mouvements du véhicule peuvent être appelées, à travers le système de bus, par les systèmes de régulation ou de commande de la30 dynamique de marche A 21, A 22, A 23 et A 24 Par exemple, dans un système de régulation ou de commande du méca- nisme de roulement (FWR) A 21, est changée, en fonction des signaux de sortie du module de capteurs 10, la caractéristique de la suspension du véhicule A cet35 effet, ce système A 21 commandera en particulier des actionneurs prévus entre la carrosserie du véhicule et les unités de roues et destinés à exercer des forces entre la carrosserie et ces unités de roues. De façon analogue, des systèmes de régulation ou de commande de direction (LK) A 22, provoquent, en fonction des signaux de sortie du module 10, des bra- quages des roues de l'essieu avant ou de l'essieu arrière. De même, les appareils de commande pour le système antiblocage (ABS) A 23 et le système antipatinage (ASR) ou de régulation de l'entraînement A 24, commandent et/ou règlent, en fonction des signaux de sortie du module 10, des freinages et/ou des interventions dans le système de propulsion du véhicule. La figure 2 présente de façon détaillée un mode de réalisation du système selon l'invention. Les signaux de sortie des unités de capteurs Sl, 52 et 53, ainsi que le signal de sortie du capteur de température Tl, représentés de préférence par des grandeurs analogiques, sont envoyés à un convertisseur analogique/numérique 22 A partir de celui-ci, un contrôleur 21 traite, numériquement, de la façon décrite plus haut, les signaux de sortie des unités de capteurs Si, 52, 53 et Tl, présentés à ce point sous forme numé- rique A la sortie du contrôleur 21, on obtient les signaux de capteurs corrigés en température et/ou sensibilité transversale et/ou par rapport au centre de gravité Ces signaux sont envoyés à un contrôleur de bus CAN 23 qui charge les signaux ou données en question sur un bus CAN 11. La structure de conception nouvelle, selon l'invention, pour les systèmes à commande électronique à l'intérieur du véhicule, prévoit une plus haute modula- rité des composants matériels La différents appareils de commande échangent des informations par le système de bus sériel CAN Différentes fonctions partielles peuvent ainsi être coordonnées Ceci est vrai à la fois pour la gestion du fonctionnement du moteur et pour la trans- mission (boîte de vitesses), les freins, le mécanisme de roulement, etc Le but du dispositif selon l'invention est la définition d'un système modulaire avec des modules standardisés, à partir duquel peuvent être composés des systèmes électroniques étendus (complexes). Le module de capteurs est défini comme un élément de ce système modulaire, qui détecte l'état de mouvement du véhicule indépendamment de toute transmis- sion mécanique Ce module détecte par exemple l'accélération dans le sens de l'axe longitudinal du véhicule, l'accélération dans le sens de l'axe transversal et la vitesse angulaire autour de l'axe vertical. Les valeurs détectées sont à préparer par un processeur et à mettre à la disposition à l'aide d'un composant approprié au bus sériel de données CAN. Le module de capteurs a la particularité avantageuse que les seules connexions avec l'extérieur concernent l'alimentation électrique et les liaisons avec le bus CAN Les éléments capteurs pour mesurer les accélérations et les grandeurs de rotation sont à loger dans le boîtier ensemble avec un circuit d'exploitation. Comme possibilités d'application du système selon l'invention, on peut citer: l'obtention d'une meilleure évaluation du glissement de roues pour des systèmes antiblocage ou des régu- lateurs de glissement au freinage, la coordination d'un mécanisme de roulement "intelli- gent", d'une direction électronique et de systèmes de régulation de freinage, des régulations de la dynamique de marche. La compensation de sensibilités transversales des capteurs, c'est-à- dire la correction réciproque des valeurs mesurées par les différentes unités de capteurs, peut s'effectuer à l'intérieur même du module de il capteurs Des échanges de données entre les appareils de commande A 21, A 22, A 23 et A 24 ne sont pas nécessaires à cet effet. La diminution du nombre de paramètres simpli- fie la transformation des valeurs mesurées en valeurs rapportées au centre de gravité du véhicule, alors que le module de capteurs peut être monté à l'endroit voulu. La dépense pour la mise en oeuvre du système est ainsi réduite et on obtient également une exactitude accrue 1 o des calculs. Les valeurs mesurées par un tel module de cpateurs sont utilisables par un grand nombre d'appa- reils de commande. En raison de la séparation dans l'espace d'autres appareils de commande, le module peut être installé dans l'habitacle du véhicule, ce qui donne la possibilité d'utiliser un boîtier plus économique avec un plus faible nombre de lignes d'arrivée/sortie. L'indépendance complète du module de capteurs du type et de l'équipement du véhicule, ainsi que la standardisa- tion réalisable, sont le gage de faibles coûts de fabrication. REVENDICATIONS i Système pour influencer la dynamique de marche d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que au moins deux unités de capteurs (SI, 52, 53) sont prévues pour détecter des mouvements du véhicule, des premières unités d'exploitation (AI) sont prévues pour une première exploitation des signaux des unités de capteurs, ces premières unités d'exploitation étant rassemblées dans l'espace avec les unités de capteurs (Si, 52, 53) en un module de capteurs ( 10), des secondes unités d'exploitation (A 21, A 22, A 23, A 24) commandent, en fonction des mouvements détectés du véhicule, des actionneurs qui influencent les mouvements du véhicule, les secondes unités d'exploi- tation (A 21, A 22, A 23, A 24) étant disposées dans l'espace à l'extérieur du module de capteurs ( 10), et des moyens de liaison ( 11) sont prévus entre les pre- mières et les secondes unités d'exploitation. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de capteurs (Si, 52, 53) sont conçues pour détecter les mouvements longitudinaux et/ou transversaux et/ou de lacet du véhicule. 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les unités de capteurs (Si, 52, 53) sont conçues pour détecter les accélérations longitudinales (al) et/ou transversales (aq) et/ou de lacet (w') et/ou les vitesses de lacet (w) du véhicule. 4 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premières unités d'exploitation (Ai) sont conçues pour le filtrage des signaux de capteurs, en particulier l'élimination par filtrage de parasites de haute fréquence induits par le mécanisme de roulement et/ou le système de propulsion du véhicule, et/ou la compensation de non- linéarités des signaux de capteurs, en particulier la compensation de varia- tions des signaux de capteurs en fonction de la température, et/ou la prise en compte des sensibilités transversales des unités de capteurs (SI, 52, 53) et/ou la surveillance des unités de capteurs (Si, 52, 53) etlou la transformation des signaux de capteurs par le cal- cul en signaux de capteurs rapportés à un point quelconque du véhicule, choisi librement, en parti- culier au centre de gravité du véhicule. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un capteur de température est installé à l'intérieur ou à proximité du module de capteurs en vue de la compensation de variations des signaux de capteurs en fonction de la température. 6 Système selon la revendication 1 ou 4, carac- térisé en ce que les premières unités d'exploitation (AI) sont conçues comme un microcontrôleur numérique. 7 Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour la prise en compte des sensibilités transversales des unités de capteurs, les signaux de capteurs d'au moins une unité de capteur sont corrigés en fonction du signal de capteur d'au moins une autre unité de capteur. 8 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secondes unités d'exploitation (A 21, A 22, A 23, A 24) sont conçues pour la régulation et/ou la commande du mécanisme de rou- lement et/ou la régulation et/ou la commande de la direction et/ou la régulation et/ou la commande du freinage et/ou la régulation et/ou la commande du système de propul- sion. 9 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison ( 11) sont conçus comme un système de bus sériel. 10 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de capteurs (SI, 52, 53) du module de capteurs sont réalisées en micromécanique sur un circuit intégré.