Brevet FR2694735A1 — publié le 19940218

-1- La présente invention concerne un procédé de détermination d'un angle de direction en fonction d'une situation de marche, selon lequel une prédétermination d'une valeur caractéristique concernant le mouvement transversal du véhicule est effectuée, la valeur réelle de la vitesse angulaire de giration du véhicule est évaluée, en fonction de cette valeur réelle de la vitesse angulaire de giration et également de la valeur caractéristique prédéterminée, un critère est établi et, en fonction de ce critère, le comportement en marche du véhicule est influencé par une action sur la direction du véhicule. D'après le document DE 36 25 392 Ai, il est déjà connu un procédé du type précité selon lequel la valeur réelle de la vitesse angulaire de giration du véhicule est comparée à la valeur de consigne de la vitesse angulaire de giration du véhicule Lors d'un écart de la valeur réelle par rapport à la valeur de consigne, il est décrit que, en vue d'une stabilisation du comportement en marche du véhicule, une action sur la direction du véhicule peut être effectuée Il est également décrit que, en agissant sur les vitesses angulaires des roues du véhicule, il est possible de produire une stabilisation du comportement en marche La vitesse angulaire de giration est alors mesurée. D'après le document DE 36 08 420 Al,il est connu un procédé de détermination de l'angle de flottement et de particularités analogues concernant le mouvement d'après les données constituées par l'angle de volant, la vitesse de véhicule, la vitesse de giration et l'accélération de giration au moyen de plusieurs modèles mathématiques A cet égard, le comportement en marche du véhicule doit être commandé en fonction de l'angle de volant et de la vitesse du véhicule. Un procédé de détermination de l'angle de -2- biaisement et/ou des forces latérales de guidage d'un véhicule freiné a été décrit dans le document DE 40 30 653 Al A cet égard, l'angle de biaisement et/ou les forces latérales de guidage sont déterminés à partir des données constituées par la vitesse de roue, l'angle de direction, la vitesse de giration et la pression de freinage exercée en utilisant un modèle de véhicule simplifié. Un exemple d'estimation, assisté par un modèle, de l'angle de flottement a été décrit dans le document DE 31 304 Al Dans ce cas, la vitesse transversale du véhicule est estimée, avec assistance d'un modèle, au moyen des données constituées par la vitesse longitudinale du véhicule, la vitesse angulaire de giration et l'angle de volant. En outre, d'après le document DE 40 10 332 Al, il est connu de régler le moment de giration d'un véhicule se produisant lors d'un freinage en agissant intentionnellement aussi bien sur la direction que sur les freins afin d'empêcher le véhicule de s'écarter de la voie à suivre Dans le procédé proposé, on calcule des valeurs de consigne concernant la vitesse de giration et l'accélération transversale à partir de la vitesse du véhicule et de l'angle de volant. L'invention a pour objet un procédé de détermination de l'angle de direction fonction de la situation de marche de telle-sorte qu'il soit possible de déterminer une valeur de cet angle de direction avec des composants matériels réduits autant qu'il est possible. Ce problème est résolu pour un procédé du type précité servant à déterminer un angle de direction qui est fonction de la situation de marche, conformément à l'invention, par le fait que, pour l'établissement du critère, additionnellement l'angle de flottement, l'angle de direction SR ainsi que la vitesse v du véhicule sont -3 évalués et que, pour l'établissement du critère, les forces latérales (S 'Sh) s'exerçant sur les roues du véhicule sont prises en considération. Selon d'autres caractéristiques du procédé conforme à l'invention: les forces latérales (S v Sh) sont prises en considération au moins en fonction des angles de biaisement ( îv' 9 h) des pneumatiques ou bien des grandeurs de l'accélération angulaire de giration et de l'accélération transversale (d 2 * i/dt 2, a). q le critère est établi en produisant une transformation d'un modèle du véhicule dans une forme normale de régulation non linéaire et à l'aide de cette représentation, l'angle de direction S R est introduit sous la forme d'une donnée de régulation dans le système de régulation. le comportement en marche du véhicule est influencé dans une direction transversale additionnellement par une action sur les freins de roues individuelles du véhicule. lorsque la force latérale maximale est atteinte dans un essieu ou bien lorsqu'un angle de biaisement maximal qui a été déterminé au préalable est atteint, l'autre essieu est amené, par une action sur les freins, au maximum de la force latérale ou bien au maximum de l'angle de biaisement. On obtient ainsi avantageusement que le comportement dynamique du véhicule puisse être modifié A cet égard, il est posible d'empêcher en toute sécurité un dérapage, sans réduire les forces latérales Cela signifie ainsi que le véhicule peut être maintenu au maximum de l'accélération transversale a q Des avantages de l'invention par rapport à l'art antérieur consistent en ce que, dans une forme avantageuse de réalisation, quand la force latérale - 4- maximale est atteinte pour les roues d'un essieu du véhicule, il est possible d'influencer le comportement en marche du véhicule en agissant sur la vitesse des roues individuelles, de sorte que la force latérale maximale est également atteinte pour l'autre essieu et qu'on obtient ainsi l'accélération transversale maximale possible. Cette influence de la vitesse des roues est produite par une action de freinage de sorte qu'on obtient avantageusement et additionnellement un ralentissement du véhicule. Un objet de la présente invention est un procédé faisant intervenir dans son principe un modèle d'un véhicule qui comporte la vitesse angulaire de giration d Dû /dt et l'angle de flottement On peut en déduire ensuite une valeur de l'angle de braquage de roues &R. Ces trois grandeurs constituent ainsi les grandeurs d'état essentiels du système. En fonction de la vitesse de véhicule v, on peut déterminer une grandeur de sortie y La relation entre la grandeur de sortie et les grandeurs d'état précités ainsi que la vitesse de véhicule v est fonction de celui des éléments de réglage qui est utilisé pour la prédétermination de la valeur de consigne par le conducteur (volant, manche à balai,) Le choix de la grandeur de sortie représente un compromis entre la sensibilité et la complexité de régulation D'autre part, la prédétermination de la valeur de consigne peut également être effectuée au moyen d'un dispositif de régulation qui assure une conduite automatique du véhicule En fonction de la grandeur de sortie choisie, il faut également prévoir des capteurs qui peuvent déterminer la grandeur de sortie. Des possibilités de sélection de la grandeur de sortie y sont les suivantes: -5- y= (de/dt-d /dt)*v (sous la forme d'une accélération transversale), ou y=(d/d t d I /dt)v (sous la forme d'une courbure). Egalement on peut cependant aussi envisager d'adopter y=â ou y=& ou y=de/dt, ou bien d'autres fonctions desdites grandeurs qui dépendent de la vitesse. Dans le modèle de véhicule, le vecteur d'état x=(xlx 2,Xn)T, o par exemple xl=d*/dt, x 2 =& et x 3 = est soumis à une transformation non linéaire z = T(x). Ainsi le modèle de véhicule est converti dans ce qu'on appelle une forme normale de régulation non linéaire. dzl/dt = z 2 dz 2/dt = z 3 ( 1) dzn/dt = f(z) + G(z) * d 5 R/dt Avec une loi de la forme: d R/dt = (- f(s) + T)*G () ( 2) les non-linéarités f(z) et G(z) seront compensées dans cette forme normale de régulation non linéaire et on obtiendra un système central linéaire, qui se compose d'une combinaison en série de N intégrateurs. dzl/dt = z 2 dz 2/dt = z 3 ( 3) dzn/dt = T. Pour le système qui est ainsi obtenu, on fait intervenir une régulation d'état -6- R(zconsigne Z) ( 4) au moyen de laquelle le comportement dynamique désiré sera produit La dynamique désirée sera alors obtenue par la prédétermination polynomiale De même le comportement dynamique désiré pourra être obtenu par un développement en faisant intervenir une matrice de Riccati. La grandeur Zconsigne est établie par un filtre préliminaire à partir de la grandeur de guidage w Le filtrage préliminaire sera alors effectué de telle sorte que la grandeur de sortie sélectionnée y concorde de façon stationnaire avec la grandeur de guidage w Cela est seulement possible tant que les forces latérales nécessaires à cet effet ne sont pas plus grandes que les forces latérales maximales possibles Si les forces latérales nécessaires sont plus grandes, la grandeur de sortie y restera inférieure à la grandeur de guidage w, en étant cependant suffisamment grande pour que la force latérale maximale soit atteinte au moins pour un essieu et soit maintenu de façon stable. Dans le cas d'un comportement non neutre du véhicule c'est-à- dire quand cette force latérale maximale n'est pas atteinte simultanément pour les deux essieux -, il existe par conséquent pour un essieu une réserve de force latérale non utilisée Sres' Pour exploiter cette réserve de force latérale Sres' on peut maintenant établir une différence de force circonférentielle additionnelle 5 U, qui produit un moment autour de l'axe vertical Mz = s B* 6 U/2 ( 5). Dans cette formule, s B désigne la largeur de voie du véhicule. Dans l'état d'équilibre, on obtient alors 1 *S 1 *Sh +M =( 1 v'v Max h h,miax z ( 6). -7- A partir des équations ( 5) et ( 6), on obtient: 2 * ( 1 h * Shmax - l V Svax) 613 = Vinax 7 ' SB t /) - Il est possible de produire cette force circonférentielle C 5 U par exemple au moyen d'une régulation ou d'une commande de la différence de pressions de freinage E 7 p s'exerçant sur les côtés du véhicule On obtient alors comme différence de pressions de freinage: 6 p = * du ( 8), K P o K peut prendre par exemple la valeur 83 N/bar. p Lorsque l'essieu avant a atteint le maximum, la différence de pressions de freinage 8 p s'exerçant sur l'essieu arrière sera réglée de telle sorte que la plus forte pression de freinage soit exercée sur la roue arrière située à l'intérieur dans le virage Quand l'essieu arrière a atteint le maximum, la différence de pressions de freinage sera exercée sur l'essieu avant, la plus forte pression de freinage étant exercée sur la roue avant située à l'extérieur dans le virage. Dans la suite, il faut expliquer de façon plus détaillée les relations existantes à l'aide d'un modèle de véhicule à voie unique et à deux degrés de liberté (giration et flottement) On adopte alors pour le modèle un véhicule comportant une direction d'essieu avant. Tout d'abord, on va donner une liste des symboles utilisés: 9 Angle de flottement de/dt Vitesse angulaire de giration v Vitesse longitudinale Sv Force latérale sur l'essieu avant Sh Force latérale sur l'essieu arrière -8- U Force circonférentielle dv Angle de biaisement de pneumatique à l'avant "h Angle de biaisement de pneumatique à l'arrière m Masse du véhicule I Moment d'inertie par rapport à l'axe vertical du z véhicule et au centre de gravité iv Espacement entre l'essieu avant et le centre de gravité du véhicule 1 h Espacement entre l'essieu arrière et le centre de gravité du véhicule s B Largeur de voie p Coefficient de frottement Cr Patinage longitudinal e Patinage total S 15 Force normale (force d'appui). PN Les angles de biaisement de pneumatiques sont déterminés à partir des équations' suivantes: "v = R + B (lv*dl/dt)/v ( 10) ah = B + (lh*d I/dt)/v ( 11). Une représentation analytique des forces latérales est alors établie ensuite conformément aux équations suivantes: S+ ti= J +*c* tg -(d Ei/d) * PN b *EP 1 + i Ei 2 z ( 12) avec fi = f(sin (ci)+cy 2) ( 12) A cet égard, il est possible de mesurer, d'estimer ou d'identifier la valeur p. Pour l'indice i, il faut alors faire intervenir v ou h Les grandeurs a, b, c et d sont des constantes, -9- qui peuvent prendre les valeurs suivantes: a= 4,5; b= 49; C= 0,477; d= 9,33 et PN = environ 8000 - 10000 N. En variante, il est possible de déterminer les forces de guidage latéral également en fonction de grandeurs qui concernent la géométrie du véhicule et également l'accélération angulaire de giration, l'accélération transversale et l'angle de direction. A partir des deux équations qui définissent une relation concernant les forces et les couples: m*aq = SV*COS( 6) + s H + Uv*sin( 6) I *d 2 /dt 2 z = 1 *sv*cos( 6) lh*S + SB* 6 U on obtient les équations suivantes pour le calcul des forces de guidage latéral: 1 h * (m*a Uv*sin( 6)) + Iz*d 2 I/dt 2 SB* 6 U S= v L*cos( 6) 1 v * (m*aq Uv*sin( 6)) (Iz*d 2 I/dt 2 s B* 6 U) Sh v L A cet égard, il est possible d'estimer les forces circonférentielles s'exerçant à l'avant et à l'arrière, c'est-à-dire Uv et Uh, à partir des pressions de freinage ou à partir de la position du papillon, ou bien cependant il est possible de les négliger. La dynamique transversale du véhicule sera alors définie par les équations suivantes: d B d I Sv(cvg,,a) * cos( 6 R) + Sh("h,,cy) _= _( 13) dt dt m*v d 21 1 v*S v("v,,a)*cos( 5 R)lh*Sh("h,'p,') SB* 6 U ( 14) =dt 2 + ( 14) dt 2 I 2 *Iz zz d 6 R/dt = u ( 15). -10- La grandeur u représente à cet égard la grandeur de régulation. Sans limitation de la généralité, on va maintenant admettre les simplifications suivantes: cos( 5 R)= 1, les forces latérales sont exemptes de retardement, la dynamique du système de régulation peut être négligée, la vitesse de véhicule v est alors traitée comme étant quasiment constante, le patinage o est égal à O et le coefficient de frottement p est égal à 1. Pour obtenir maintenant un modèle de véhicule transformé en correspondance à l'équation ( 1), on utilisera l'équation additionnelle suivante: z 1 = c 1 *B + c 2 *dl/dt ( 16). La transformation, qui fait passer le modèle correspondant aux équations ( 13), ( 14) et ( 15) dans la forme de l'équation ( 1), est ensuite effectuée par plusieurs applications de l'opérateur différentiel N à la fonction de zl(x): T dz.(x) dx Nzi(x):= * ( 17). dxdt On obtient ainsi le système d'équations suivant ( 18): Zl(x) = ci * B + c 2 * dl/dt z 2 (x) = Nzl(x) = cl*d B/dt + 2 *d 2 * /dt 2 = cl*dl/dt c 4 *Sh z 3 (x) = N 2 zl(x) = cl*d 2 ' I/dt 2 c 4 *d Sh/dt = shic 4 *(di/dt+c 8 *sv+c 7 *Sh) + C 12 *S C*C 3 *Sh. La sélection de z 1 est effectuée de telle sorte que, dans le cas d'une triple application de N à Z 1, la -11- grandeur de régulation u apparaisse pour la première fois La comparaison avec l'équation ( 1) permettra d'obtenir ensuite les fonctions recherchées G(z) et f(z): G = (c 3 *C 4 *Sh' + c 22) * S' ( 18) f =al*z 2 * + a 2 *zz 3 + a 2 ( 19). Dans ces formules, on a: cl = lv / Iz C 2 = 1 / (m*v) c 3 h / Iz C 4 (lv+lh) / (m*V*Iz) c 5 = ( 2/m ( 1 v*l)/Iz) / ( 1 v*m*v) c 6 = ( 1 (m*lvz)/Iz) / (m*v) c 7 = ( 1 + (m*lh:)/Iz) / (m*v) c 8 ( 1 (m*lv*lh)/Iz) / (m*v) a 1 c c*SV C 3 *Sh + c 5 *Sh'*S a 2 = c 6 *Sv' c 7 *Sh a 3 = (l/cl)2 * Sh'' Sh' = d Sh/dch Sv' = d SV/d=V Sh ' = d 2 Sh/d Ch 2 1 11 v + 1 h Si on admet maintenant une régulation linéaire d'état conformément à l'équation ( 2): t= R(Zconsigne-Z) = ( O e 1 2) * (Zconsigne Z) = =f O *(Zlconsigne-zl) +ól*(Z 2 consigne-z 2) + C 2 (z 3 consign-z 3) ( 20), 3 Zconsigne z 3) on obtient alors la loi de régulation: d 6 d/dt ( G- *(-f+ " 2 *(z 3 consigne Z 3)+al*(Z 2 consigne-Z 2)+ a O *(Zlconsigne-Zl)) ( 21). Les coefficients O O ' 1 et Q 2 peuvent être librement choisis et ils servent à la prédétermination -12- du polynôme caractéristique désiré (prédétermination polynomiale) et par conséquent le comportement temporel du circuit de régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente une famille de courbes caractéristiques se rapportant à un pneumatique et indiquant la force latérale S en fonction de l'angle de biaisement t du pneumatique, la Figure 2 est un schéma à blocs représentant la fonction d'ensemble du régulateur, la Figure 3 est un schéma à blocs montrant la régulation de direction et la Figure 4 représente une partie du schéma à blocs de la Figure 3. La Figure 1 est une représentation graphique indiquant la force latérale d'une roue en fonction du sinus de l'angle de biaisement de pneumatique îc, le patinage longitudinal y servant de paramètre Cette représentation correspond aux équations ( 12). Conformément à la Figure 2, un dispositif 201 établit une valeur de consigne du mouvement transversal. Cette valeur de consigne peut à cet égard être prédéterminée par le conducteur et/ou par un système de régulation qui permet une conduite automatique Ce dispositif 201 produit alors un signal 203 qui représente la valeur de consigne qui est transmise au dispositif de calcul 202 qui établit une valeur de consigne de l'angle de direction sous la forme d'un signal 204 Cet angle de direction est ensuite transmis aux roues, comme cela est représenté par le bloc 208. Cet angle de direction appliqué aux roues a des effets sur le comportement dynamique de l'ensemble du véhicule -13- en correspondance au bloc 209 représenté Il est alors possible de mesurer à nouveau une grandeur de sortie y, comme cela est représenté par le signal 210 Le comportement dynamique correspondant au bloc 209 est défini par un vecteur d'état x, qui est à nouveau appliqué au dispositif de calcul 202 ainsi qu'à un autre dispositif de calcul 207 Dans cet autre dispositif de calcul 207, il se produit alors un contrôle de critères pour définir s'il est efficace d'agir sur les vitesses de rotation des roues du véhicule Sous la commande de cet autre dispositif de calcul 207, le cas échéant le comportement en mouvement transversal du véhicule est influencé en agissant sur les vitesses de rotation des roues, en correspondance au bloc 206 Comme indiqué par la flèche 205, cela a également des effets sur le comportement dynamique de l'ensemble du véhicule. La Figure 3 représente un schéma à blocs correspondant à la régulation de direction Le bloc 301 correspond alors au bloc 201 En correspondance au bloc 302, un filtre préparatoire, qui représente un modèle de références pour le comportement dynamique du véhicule réglé, produit à partir de la grandeur de guidage W une valeur de consigne Zconsigne dans le système transformé. Le bloc 303 correspond alors au système central réglé dans la représentation transformé Dans la représentation formelle, on obtient ensuite la grandeur de sortie y par la transformation en retour correspondant au bloc 304 ainsi que par le système de mesures correspondant au bloc 305 Du fait de la formation d'un modèle et également de la transformation, la transformation en retour n'a pas besoin d'être connue explicitement car la grandeur de régulation est obtenue, comme indiqué dans la description, par une comparaison (se référer aux équations ( 18) et ( 19)) La loi de régulation est alors définie dans l'exemple de -14- réalisation représenté en correspondance à l'équation ( 21). La Figure 4 représente le schéma à blocs standard d'un circuit de régulation de plusieurs grandeurs, avec lequel s'effectue la régulation du système central en correspondance au bloc 303 de la Figure 3. Il est judicieux, dans le procédé considéré, de mesurer la vitesse angulaire de giration d I/dt L'angle de flottement peut alors être pris en considération, comme cela est connu. -15- REVENDICATIONS 1 Procédé pour déterminer un angle de direction en fonction d'une situation de marche, selon lequel une prédétermination d'une valeur caractéristique concernant le mouvement transversal du véhicule est effectuée, la valeur réelle de la vitesse angulaire de giration du véhicule est évaluée, en fonction de cette valeur réelle de la vitesse angulaire de giration et également de la valeur caractéristique prédéterminée, un critère est établi et, en fonction de ce critère, le comportement en marche du véhicule est influencé par une action sur la direction du véhicule, caractérisé en ce que, pour l'établissement du critère, additionnellement l'angle de flottement (, l'angle de direction a R ainsi que la vitesse v du véhicule sont évalués et en ce que, pour l'établissement du critère, les forces latérales (Sv Sh) s'exerçant sur les roues du véhicule sont prises en considération. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les forces latérales (Sv Sh) sont prises en considération au moins en fonction des angles de biaisement de pneumatiques (Ev I Ch) des pneumatiques ou bien des grandeurs de l'accélération angulaire de giration et de l'accélération transversale (d 2 e /dt 2, aq). 3 Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le critère est établi en produisant une transformation d'un modèle du véhicule ( 10,11,12,13,14,15) dans une forme normale de régulation non linéaire ( 17,18) et en ce que, à l'aide de cette représentation, l'angle de direction 6 R est introduit sous la forme d'une donnée de régulation dans le système de régulation. 4 Procédé selon une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le comportement en marche du -16- véhicule est influencé dans une direction transversale additionnellement par une action sur les freins de roues individuelles du véhicule. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque la force latérale maximale est atteinte dans un essieu ou bien lorsqu'un angle de biaisement maximal qui a été déterminé au préalable est atteint, l'autre essieu est amené, par une action sur les freins, au maximum de la force latérale ou bien au maximum de l'angle de biaisement.