Brevet FR2695077A1 — publié le 19940304

"Procédé de régulation et/ou de commande d'un châssis réglable et/ou susceptible d'être commandé, ainsi que le dispositif pour la mise en oeuvre du procéder". La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation et/ou de commande d'un châssis réglable et/ou susceptible d'être commandé. Pour améliorer le confort de roulement de véhicules automobiles pour le transport de personnes et/ou de véhicules utilitaires, la constitution du châssis présente une importance très grande. Dans les châssis passifs utilisés en majorité jusqu a présent, les systèmes de suspens ion entre le châssis et les roues sont conçus selon la destination du véhicule, soit à tendance dure (mode sport) ou à tendance souple (mode confort). Dans ce cas, il n'est pas possible dans le cas d'un tel système, d'agir sur la caractéristique du châssis ou pendant le fonctionnement. Par contre, dans le cas des châssis actifs, on peut influencer la caractéristique des systèmes de suspension pendant le fonctionnement, selon l'état de fonctionnement, dans le sens d'une commande ou d'une régulation. Pour commander ou réguler un tel châssis actif, on commande les systèmes de suspension selon l'état de roulement du véhicule pour appliquer des forces entre les roues et le châssis. A titre d'exemple, on considère que le mouvement de la carrosserie détériore le confort de roulement pour les passagers ou pour une charge fragile. L'origine de tels mouvements de la carrosserie se trouve, d'une part dans les excitations engendrées par les irrégularités de la chaussée et, d'autre part, dans les variations de l'état de roulement à cause du guidage, du freinage et des accélérations. Il importe en particulier de s'opposer efficacement aux mouvements de roulis de la carrosserie, mouvements induits par les mouvements de direction du véhicule. De manière idéale, il faut commander les systèmes de suspens ion pour compenser le couple de roulis, induit. Les documents EP-0 237 919 et EP-0 345 816 décrivent des systèmes de régulation de châssis dans lesquels on sloppose au couple de roulis induit par les manoeuvres de direction en utilisant des signaux fournis par les capteurs de direction. Cette façon de procéder ne permet toutefois pas d'arriver à une compensation satisfaisante des mouvements de roulis. Cela provient notamment du fait que, par exemple selon le document EP-0 237 919 selon lequel on détermine une valeur de commande anticipée à partir de la valeur finale prévisible, stationnaire de l'angle de roulis ainsi que la valeur instantanée de cet angle, sans utiliser la dynamique du mouvement de roulis. De plus, dans ce système il faut connaître l'angle instantané de roulis. Dans la publication selon Lang, Walz "Active Roll Reduction", EAEC N 91059, on propose des stabilisateurs actifs pour réduire les mouvements de roulis. La présente invention a pour but de réaliser de manière simple une compensation efficace des mouvements de roulis. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que - on détecte des signaux représentant l'angle de direction du véhicule, - et on traite les premiers signaux à l'aide d'unités de traitement ayant une fonction de transfert dynamique et en fonction du résultat de ce traitement on commande des actuateurs. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé ou . le dispositif selon l'invention offre l'avantage que la commande des actuateurs prévus entre la carrosserie et les roues assure une compensation en phase des mouvements de roulis permettant d'éviter tout mouvement de roulis de la carrosserie à la fois stationnaire et pour des phases de direction dynamiques. La connaissance de l'angle de roulis n'est pas nécessaire à cet effet. Selon l'invention, on détecte ainsi des signaux deltaSW, qui représentent l'angle de direction du véhicule. Puis, on traite ces signaux de l'angle de direction à l'aide d'unités de traitement. I1 est important pour cela que les unités de traitement présentent une fonction de transfert G(s,Vx) dynamique, dans laquelle la variable s est le comportement en fonction du temps des unités correspondant à la variable de Laplace. Les actuateurs sont commandés en fonction du résultat de ce traitement. Dans une réalisation de l'invention, on peut décrire la fonction de transfert G(s,Vx) des unités de traitement par la relation suivante G(s,Vx) = Zi*51 Ni*s relation dans laquelle au moins l'un des coefficients Zi et/ou Ni dépend de la vitesse longitudinale détectée Vx du véhicule. De façon avantageuse, le résultat du traitement représente un couple de roulis qu'il faut appliquer par les actuateurs entre la carrosserie et les roues pour réduire au minimum les mouvements de roulis de la carrosserie. Il convient notamment de compenser le couple de roulis par le déplacement du véhicule suivant une trajectoire courbe, lorsqu'on commande des actuateurs dans une perspective de régulation ou de commande. L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, selon lequel on prévoit des moyens pour détecter des signaux représentant l'angle de guidage du véhicule. Des unités de traitement à fonction de transfert dynamique [G(s,Vx)] sont prévues pour traiter ces signaux et pour commander les actuateurs en fonction du résultat du traitement. Comme actuateurs on peut prévoir des stabiliseurs actifs. La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma-bloc du procédé ou du dispositif selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent le fonctionnement de l'invention à l'aide d'un modèle de véhicule, - les figures 4 à 11 montrent l'action du procédé selon l'invention par rapport à l'état de la technique. Description de l'exemple de réalisation Les moyens de l'invention seront explicités ci-après de manière plus détaillée à l'aide de l'exemple de réalisation. A cet effet, la figure 2 montre un "véhicule" sous la forme d'un schéma par blocs. Le véhicule 21 réagit pour une vitesse de déplacement prédéterminée Vx dans la direction longitudinale à une action de direction exercée par le conducteur et désignée à la figure 2 par l'angle de direction deltaSW et en fonction d'un couple de roulis actif Mw, induit, encore inconnu, avec une rotation autour de l'axe vertical suivant une vitesse de giration wz, une vitesse transversale Vy et un mouvement de roulis à la vitesse de roulis psi, qui s'intègre à l'angle de roulis phi. Le couple de roulis Mw est le couple de roulis induit par les actuateurs prévus entre la carrosserie et les roues, et qui agit en plus du couple de roulis induit par les forces centrifuges. Le couple de roulis Mw peut être influencé par un châssis actif. Dans le présent contexte du véhicule 21 représenté à la figure 2, seul intéresse le développement de l'angle de roulis ou de la vitesse de l'angle de roulis. Ces grandeurs découlent de l'angle de direction deltaSW et du couple de roulis Mw suivant les fonctions de transfert suivantes Gl(s,Vx) = phi(s) / deltaSW(s) (1) et G2(s,Vx) = phi(s) / Mw(s) (2) Pour découpler le mouvement de roulis par rapport au mouvement de direction, on introduit un filtre (fonction de transfert G(s, Vx)) qui détermine un couple de roulis Mw à partir de l'angle de direction deltaSW. Le couple de roulis Mw ainsi déterminé doit être compenser dans le cas idéal par le couple de roulis engendré par la force centrifuge dans une trajectoire courbe. Cette façon de procéder apparaît à la figure 3. Dans ce cas, le véhicule 31 est soumis à l'action de l'angle de direction delta SW et de la vitesse longitudinale du véhicule Vx ainsi qu'un couple de roulis Mw engendré par les actuateurs. Ce couple de roulis Mw, induit, c'est-à-dire que doivent exercer les actuateurs, est obtenu à partir du signal de direction, détecté deltaSW par un traitement dans les unités de traitement 32 ou 12 (figure 1). Ces unités de traitement se distinguent par leur fonction de transfert dynamique G(s), la variable s représentant la variable de Laplace décrivant le comportement des unités dans le temps.On peut représenter un tel transfert dynamique par la fonction de transfert G(s,Vx) de la manière suivante G(s,Vx) = Zi*s1 Ni*sl Les coefficients Zi et/ou Ni de la fonction de transfert G(s,Vx) dépendent alors de la vitesse longitudinale Vx du véhicule qui est appliquée à l'unité 32 ou 12. Comme à la figure 2, les fonctions de transfert Gl(s,Vx) et G2(s,Vx) représentent à la figure 3, le comportement en roulement, en réaction à l'action de direction exercée par le conducteur et au couple de roulis engendré par les actuateurs. La réaction du véhicule qui est intéressante dans le présent contexte est le mouvement de roulis de la carrosserie, mouvement représenté ici par l'angle de roulis phi. L'angle de roulis phi découle tout d'abord des relations suivantes phi (s) = [G1(s,Vx)*deltaSW(s)3 + LG2(s,Vx)*Mw(s)] = [G1(s,Vx)*deltaSW(s)] + [G2(s,Vx)*G(s,Vx)*deltaSW(s)] = [Gl(s,Vx) + G2(s,Vx)*G(s,Vx)] * deltaSW(s) (3) Pour que l'angle de roulis phi soit toujours identique à zéro indépendamment de l'évolution de l'angle de direction (c'est-à-dire pour que la carrosserie soit stabilisée), il faut avoir la relation suivante G(s,Vx) = - [Gl(s,Vx) / G2(s,Vx)j (4) Le couple de roulis peut ainsi se déterminer en fonction de l'angle de direction Mw(s) = G(s,Vx) * deltaSW(s) (5) Les fonctions de transfert Gl(s,Vx) et G2(s,Vx) se définissent selon les paramètres du véhicule par les équations suivantes phi phi deltaSW d/dt ( Vy ) = A ss vy + wz J 9 wz / V Mw s s (6) Dans la suite, on explicitera la fonction de transfert G(s,Vx) pour un jeu particulier de paramètres du véhicule. Définition des paramètres du système MA = masse de la carrosserie du véhicule MF = masse du châssis IAX = moment d'inertie de la carrosserie autour de l'axe longitudinal du véhicule (axe de roulis) IAZ = moment d'inertie de la carrosserie autour de l'axe vertical du véhicule (axe de giration) IFZ = moment d'inertie du châssis autour de l'axe vertical (axe de giration) HM = distance de l'axe de roulis par rapport à la chaussée HS = distance du centre de gravité de la carrosse rie par rapport à l'axe de roulis LV = distance de l'essieu avant par rapport au centre de gravité LH = distance de l'essieu arrière par rapport au centre de gravité SV = voie avant SH = voie arrière LW = distance du point d'attaque de la force du vent latéral par rapport au centre de gravité CAV = rigidité latérale avant CAH = rigidité latérale arrière KFV = dureté de ressort des ressorts avant de la carrosserie KFH = dureté de ressort des ressorts arrière de la carrosserie DFV = paramètres d'amortissement avant DFH = paramètres d'amortissement arrière G = accélération terrestre Comme valeurs pour les paramètres, on prendra les valeurs suivantes MA = 1661.0000 Kg MF = 186.0000 kg IAX = 599.0000 kg*m2 IAZ = 3000.0000 kg*m2 IFZ = 710.0000 kg*m2 HM = 0.1000 m HS = 0.4500 m LV = 1.5067 m LH = 1.3433 m SV = 1.5280 m SH = 1.5400 m LW = 0.2000 m CAV = 63853.0000 N/rad CAH = 64356.0000 N/rad KFV = 16374.0000 N/m KFH = 17307.0000 N/m DFV = 2222.7000 N*s/m DFH = 2246.3000 N*s/m G = 9.8100 m/s2 Pour ces paramètres, on obtient la fonction de transfert suivante G(s,Vx) = 2 2 3 -5 2 S*(-0.2042*Vx > +s*(-1.0152*Vx -27.12*Vx+1.35*10-5)+(-20.19*Vx-0.0019) 2 -6 2 -5 S *(6.06*10 *Vx )+s*(O.OC17*Vx)+(-3.1878*10 *Vx+0.118f) Dans cette formule, on reconnaît la formule générale déjà évoquée ci-dessus G(s,Vx) = Zi(Vx)*s1 Ni(Vx)*s La figure 1 montre un schéma-bloc des moyens de l'invention. Le détecteur d'angle de direction 11, qui mesure de préférence l'angle de débattement du volant actionné par le conducteur, aboutit au signal deltaSW représentant l'angle de direction du véhicule. Ce signal deltaSW est appliqué à l'unité de filtre dynamique 12. En outre, l'unité de filtre 12 reçoit la vitesse longitudinale du véhicule détectée par le capteur 13 sous la forme du signal Vx. Le comportement de transfert de l'unité de filtre 12 correspond ici à la fonction de transfert décrite ci-dessus G(s,Vx). En sortie de l'unité de filtre 12, on a le signal Mw qui représente un couple de roulis exercé par les actuateurs 15ij. Dans cet exemple de réalisation représenté à la figure 1, on suppose qu'un actuateur 15ij est associé à chaque groupe de roues d'un véhicule à quatre roues. L'indice i désigne l'essieu et l'indice j le côté du véhicule où est monté l'actuateur. Pour exercer par les quatre actuateurs 15ij les forces engendrant le couple de roulis Mw souhaité, il faut convertir dans l'unité 14, le couple de roulis souhaité Mw en des forces de consigne pour chacun des actuateurs 15ij. Ce comportement de transfert des unités 14 est indiqué de façon générale sous la forme d'une matrice de distribution des forces qui découle de manière simple de la géométrie du véhicule. Une telle matrice de distribution des forces se trouve, par exemple, dans la demande de brevet DE P 42 17 325.6.La commande des actuateurs 15ij avec les signaux fijs représentant les forces de consigne respectives, induit le couple de roulis souhaité Mw pour la carrosserie du véhicule, qui sloppose au couple de roulis induit par la trajectoire courbe. Dans les moyens selon l'invention, la conception dynamique de l'unité de filtre 12 est très importante. Cela permet de commander les actuateurs pour la compensation de roulis, suivant une commande en phase pour que les mouvements de roulis de la carrosserie soient évités à la fois de manière stationnaire et pour les opérations de direction dynamique. Aux figures 4 à 12, on explicitera les effets obtenus par la commande décrite ci-dessus. Ces effets deviennent perceptibles si l'on considère la réaction du véhicule ou les mouvements de la carrosserie dans le cas d'une variation brusque de l'angle de guidage ou de direction, les roues avant du véhicule étant orientées par exemple vers un angle de direction maximum de 1" en partant de 00. Le développement chronologique de cette variation brusque de l'angle de direction apparaît à la figure 4. Un châssis de véhicule classique, passif, réagit à une telle action de direction suivant l'angle de roulis phi représenté à la figure 5a en fonction du temps t. Aux figures 4 à 11 on a porté des unités (entre autres) choisies de manière arbitraire sur chacun des axes. Un châssis passif de véhicule réagit toujours à cette intervention de la direction à la vitesse de giration wz représentée à la figure 5b. I1 apparaît clairement à la figure 5 un roulis de la carrosserie du véhicule ou un mouvement significatif de giration. Pour réduire à zéro l'angle de roulis phi à l'état stationnaire, il faut le couple de roulis Mw représenté à la figure 6 ; ce couple se compose de la partie statique selon l'équation (4) et de celle de l'équation (5). Lorsque les actuateurs sont sollicités de telle sorte que le couple de roulis ainsi engendré correspond à la courbe représentée à la figure 6, on obtient le tracé représenté à la figure 7 (courbe 2). A titre de comparaison, on a tracé à la figure 7, la courbe 1 de l'angle de roulis sans lui appliquer le couple de roulis complémentaire (châssis passif). L'application du couple obtenu de manière stationnaire (figure 6) conduit dans le comportement transitoire à des oscillations significatives de l'angle de roulis (courbe 2 à la figure 7) qui provoque également une oscillation dans le tracé de la vitesse de giration wz. Cela apparat pour la vitesse de giration wz dans la courbe 1 (trait interrompu) à la figure 8. A titre de comparaison, on a également représenté à la figure 8, dans la courbe 2, la vitesse de giration sans lui appliquer de couple de roulis complémentaire. Par rapport au tracé de la vitesse de giration, l'application de cette composante de couple statique de roulis conduit à une détérioration du comportement en giration. Selon l'invention, on commande alors les actuateurs pour appliquer globalement un couple de roulis qui est déterminé en fonction des équations (4) (avec composante dynamique) et de l'équation (5). Ce couple apparaît à la figure 9. L'application selon l'invention, de ce couple (figure 9) se traduit par une compensation pratiquement totale de l'angle de roulis engendré par la variation brusque de l'angle de direction, comme cela apparaît à la figure 10 (courbe 2). Par comparaison, à la figure 10 on a représenté le tracé de l'angle de roulis avec une courbe 1 correspondant à un châssis passif. Comme cela apparaît à la figure 11, l'application selon l'invention du couple de roulis ne présente pas les inconvénients déjà mentionnés pour l'établissement de la vitesse de giration wz. Dans ce cas, on a représenté la courbe 1 (ligne en trait interrompu) du tracé de la vitesse de giration avec l'application du couple de roulis selon l'invention et la courbe 2 avec le tracé de la vitesse de giration pour un châssis passif. Les courbes apparaissant aux figures 10 et 11 montrent ainsi que le filtrage dynamique selon l'invention du signal de l'angle de direction deltaSW et une réduction correspondante du couple de roulis par les actuateurs, permet une compensation pratiquement idéale de l'angle de roulis sans aboutir à la forme gênante de la vitesse de giration comme cela est le cas, à titre de comparaison, pour un châssis passif. Le couple de roulis appliqué selon l'invention par les actuateurs peut alors être réparti différemment entre l'essieu avant et l'essieu arrière. Une telle répartition du type de roulis qui influence notamment le guidage d'un véhicule, peut s'obtenir par une conception particulière des ensembles 14. La matrice de distribution des forces (ensemble 4) déjà décrite ci-dessus, peut être conçue pour différentes répartitions de couples de roulis réglés de manière fixe ou encore pour des distributions de couples de roulis choisis pendant le déplacement. Pour cela, on applique en option aux unités 14 selon la figure 1, la grandeur rO : rO = couple de roulis arrière / couple de roulis avant La compensation du roulis selon l'invention s'applique aux systèmes suivants - Système de régulation de châssis, partiellement actif, avec détection de l'angle de roulis pour éliminer des parasites externes et sans distribution dirigée du couple de roulis (rO) pour influencer la dynamique transversale. - Système de régulation de châssis, partiellement actif, avec détection de l'angle de roulis pour éliminer des parasites externes et distribution dirigée du couple de roulis (rO) pour influencer la dynamique transversale. - Système de régulation de châssis simple, partiellement actif, sans détection de l'angle de roulis et sans distribution dirigée du couple de roulis pour influencer la dynamique transversale. - Système de régulation de châssis partiellement actif, simple, sans détection de l'angle de roulis mais avec une distribution dirigée du couple de roulis (rO) pour influencer la dynamique transversale. - Stabilisateurs actifs avec et sans distribution dirigée du couple de roulis (rO) pour influencer la dynamique transversale. Comme selon l'invention il ne faut qu'un capteur de suspension pour mesurer l'angle de roulis, le système peut s'utiliser en particulier pour des systèmes de régulation de châssis dits peu coûteux. REVENDICATIONS 1) Procédé de régulation et/ou de commande d'un châssis réglable et/ou commandé d'un véhicule avec des actuateurs (15ij) montés entre la carrosserie du véhicule et les roues, procédé caractérisé en ce que - on détecte des signaux (deltaSW) représentant l'angle de direction du véhicule, - et on traite les premiers signaux à l'aide d'uni tés de traitement (12) ayant une fonction de transfert dynamique [G(s,Vx)] et en fonction du résultat (Mw) de ce traitement on commande des actuateurs. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de transfert tG(S,VX)] des unités de traitement (12) se décrit par la relation G(s,Vx) = Zi*51 Ni*s dans laquelle la variable s représente la variable de Laplace décrivant le comportement des unités dans le temps et au moins l'un des coefficients Zi et/ou Ni dépend de la vitesse longitudinale (Vx) du véhicule. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le résultat (Mw) du traitement représente un couple de roulis qui est à appliquer entre les actuateurs (15ij) placé entre la carrosserie et les roues, pour minimiser les mouvements de roulis de la carrosserie. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que par les commandes des actuateurs (15ij) comme objectif de régulation et/ou de commande, on compense le couple de roulis induit par le véhicule sur une trajectoire courbe. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par - des premiers moyens (11) pour détecter les premiers signaux (deltaSW) qui représentent l'angle de direction du véhicule, - des unités de traitement (12) à fonction de transfert dynamique [G(s,Vx)] pour traiter les premiers signaux et pour commander les actuateurs en fonction du résultat du traitement (Mw). 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les unités de traitement (12) correspondant à la fonction de transfert suivante G(s,Vx) = Zizis Ni*s la variable s étant la variable de Laplace qui décrit le comportement dans le temps des unités et au moins l'un des coefficients Zi et/ou Ni dépend de la vitesse du véhicule (Vx) détectée par les seconds moyens (13). 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par un actuateur 15ij prévu sur chaque ensemble de roues du véhicule. 8) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les actuateurs sont des stabilisateurs actifs.