Brevet FR2701241A1 — publié le 19940812

La présente invention est relative à un procédé de détermination de la valeur de consigne du pseudo-glissement d'une roue d'un véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel procédé applicable notamment pendant une phase de freinage de la roue avec commande d'antiblocage de cette roue. On décrit dans les demandes de brevet français No. 92 11029 et 92 14236 déposées au nom de la demanderesse, des procédés de commande de décélération par freinage de véhicules routiers, qui font appel à une mesure du pseudoglissement de chacune des roues du véhicule. Pour mémoire, on rappelle que le pseudo-glissement ou "glissement" (Sx) est l'écart, rapporté à la vitesse du véhicule, entre cette vitesse (V) et la vitesse tangentielle (Vr) de la roue, c'est-à-dire:: Sx = (V - Vr)/V Pour assurer les meilleures conditions de freinage tout en maintenant la stabilité du véhicule, on a proposé dans la demande de brevet français No. 92 11029 précitée, un procédé de commande suivant lequel on élabore, pour chaque roue, un signal représentatif du taux de glissement réel (Sx), on compare ce signal à un signal représentatif d'un glissement de consigne (SXc) en vue de délivrer un signal d'écart qui, après traitement, assure une correction de la commande électrique d'un actionneur de freinage telle que le glissement réel de chaque roue (Sx) soit substantiellement égal au glissement de consigne (SXc) de ladite roue.En choisissant un glissement de consigne Sxc selon une stratégie de freinage choisie, on parvient alors à un compromis efficace et optimal selon le type de freinage entre les efforts longitudinaux et transversaux de freinage, en assurant à la fois une valeur aussi réduite que possible de la distance de freinage, le tout bien entendu sans blocage des roues, et en conservant une bonne stabilité du véhicule. Selon une forme préférentielle de mise en oeuvre du procédé décrit dans cette demande de brevet, les signaux effectifs de pression de freinage pour la commande des actionneurs de freins résultent du produit de signaux de pression de consigne intermédiaires par un facteur qui est fonction du glissement réel et du glissement de consigne, le signal d'écart entre ces deux glissements faisant l'objet d'un traitement de type PID.La demande de brevet français No. 92 14236 précitée concerne un procédé de commande dans lequel le signal d'écart ne fait pas l'objet d'un traitement PID, les grandeurs (Sx), (Sxc) et le signal d'écart étant échantillonnés pour faire l'objet d'un filtrage numérique du type "R-S-T", établi à l'aide d'un modèle de comportement dynamique de la roue en phase de freinage. Dans tous les cas, il est nécessaire d'élaborer une consigne de glissement (su ). Suivant la technique antérieure connue pour ce faire et mise en oeuvre notamment dans les dispositifs de freinage à commande d'antiblocage de roues, on observe la décélération de la roue et son pseudoglissement et on compare ceux-ci à des seuils prédéterminés pour détecter le passage en zone instable du pneumatique équipant la roue et commander en conséquence le niveau de la pression dans le circuit de freinage de la roue. Dans ce type d'approche, les seuils de glissement sont fixés une fois pour toutes et ne sont donc pas adaptés aux différentes natures du contact pneumatique/sol pour lesquelles le glissement qui correspond au maximum de l'effort de freinage longitudinal varie dans de grandes proportions.La conséquence de cela est que le compromis établi entre la distance d'arrêt d'une part, la stabilité et la directivité du véhicule d'autre part, n'est pas toujours optimal, ce compromis étant donc difficile à gérer. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de détermination de la valeur de consigne du pseudoglissement d'une roue de véhicule automobile en phase d'antiblocage, qui ne présente pas les inconvénients précités et qui autorise une régulation fine des efforts de freinage, transversaux ou longitudinaux. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé propre à une mise en oeuvre dans les procédés de commande de décélération décrits dans les deux demandes de brevet français précités. La présente invention a encore pour but de réaliser un véhicule automobile mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention. On atteint ces buts de 1 invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de détermination de la valeur de consigne du pseudo-glissement suivant lequel on mesure l'effort de freinage longitudinal (Fli) courant exercé entre la roue et le sol et le pseudo-glissement courant de cette roue, on tire d'un modèle (Flid) de cet effort alimenté par le pseudo-glissement mesuré et d'un algorithme de minimisation de l'écart entre (Fli) et (Flid), une valeur (SxOpt i) du pseudo-glissement correspondant à un maximum de l'effort de freinage longitudinal tiré du modèle, et on détermine enfin la valeur (Sxci) de la consigne courante de pseudo-glissement à partir de cette valeur (SxOpt i). Comme on le verra plus loin, grâce à l'utilisation d'un modèle d'effort de freinage, on connaît en temps réel la "courbe caractéristique du pneumatique" équipant chaque roue et on exécute à partir de ce modèle, toujours en temps réel, des calculs permettant d'atteindre la valeur (SxOpti) du glissement correspondant au maximum de l'effort de freinage et, de là, la valeur de la consigne de pseudo-glissement. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, on échantillonne les mesures de l'effort de freinage longitudinal (Fli) et du pseudo-glissement (Sx) et on traite les échantillons de cet effort et ceux tirés du modèle (Flid) par un algorithme de minimisation de leur écart par la méthode des moindres carrés à trace constante. On introduit ainsi avantageusement, comme on le verra plus loin, un facteur d'oubli dans les échantillons pris en compte dans les calculs. Selon une caractéristique du procédé suivant l'invention, on utilise un modèle de l'effort longitudinal de freinage (Flid) de la forme Fl id = t1 + a2f2 + a3f3 avec 2=l-exp[-a2.Sxi, at, a2, a3 étant des constantes positives, a1, a2, a3 des coefficients d'ajustement du modèle. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma d'une partie d'un véhicule automobile équipé des moyens nécessaires à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, - la figure 2 représente des graphes de courbes caractéristiques de pneumatique tirés du modèle utilisé dans la présente invention, et - la figure 3 est un diagramme fonctionnel par blocs des moyens de calcul utilisés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. A la figure 1 du dessin annexé on a représenté les quatre roues i (i = 1, 2, 3 ou 4) d'un véhicule automobile classique, équipées de pneumatiques, chaque roue étant associée à un actionneur de frein 6, 7, 8, 9 respectivement, du type à disque 12, 13, 14, 15 respectivement, par exemple. Comme cela est classique encore dans un véhicule équipé d'un dispositif d'antiblocage de roues en phase de freinage, un capteur de vitesse de roue 16, 17, 18, 19 et un capteur de pression 20, 21, 22, 23 d'un liquide de freinage alimentant chaque actionneur 6, 7, 8, 9 respectivement, sont associés à chaque roue. Les signaux formés par ces capteurs sont fournis à un boîtier électronique de commande 24 qui traite ces signaux pour élaborer des signaux de modulation desdites pressions de freinage, suivant une ou plusieurs stratégies permettant d'éviter un blocage des roues lorsque l'imminence d'un tel blocage est détectée pendant une phase de freinage. Toutes ces dispositions sont bien connues de l'homme de métier et ne seront donc pas décrites en plus de détail. Comme on l'a vu plus haut, l'optimisation du freinage d'un véhicule en matière de réduction de la distance de freinage et de maintien de sa stabilité latérale doit tenir compte de la "caractéristique du pneumatique" de chacune des roues du véhicule. Une telle caractéristique est représentée par un graphe illustrant les variations de l'effort longitudinal de freinage Fli entre le pneumatique de la roue i et le sol, en fonction du pseudo-glissement Sxi de cette roue.Ce graphe prend classiquement l'allure représentée en A à la figure 2 et présente un maximum de l'effort de freinage pour une valeur particulière SxOpt de Sx. On comprend qu'il est avantageux de maximiser l'effort de freinage en maintenant le pseudo-glissement de la roue au voisinage de cette valeur particulière, choisie comme valeur de consigne Six,, . On se réfère au diagramme fonctionnel de la figure 3 qui illustre schématiquement les moyens utilisés pour mettre en oeuvre le procédé de détermination de cette valeur de consigne suivant l'invention. Ces moyens peuvent être commodément intégrés à un boîtier de commande d'antiblocage de roue en phase de freinage, déjà équipé des moyens matériels, microprocesseur, mémoires, convertisseurs analogique-numérique, etc... nécessaires à cette mise en oeuvre. Les moyens 24 comprennent ainsi un bloc 25 de calcul du pseudo-glissement Sxi de chaque roue i, un bloc 26 de calcul de l'effort longitudinal de freinage Fli intervenant entre chaque roue i et le sol, un bloc 27 de calcul de trois coefficients a1, az, a3 d'ajustement d'un modèle Fl id de la caractéristique de freinage de chaque roue i, un bloc 28 d'extraction d'un pseudo-glissement SxOpt i maximisant lteffort de freinage selon le modèle et un bloc 29 de détermination de la consigne de pseudo-glissement Sxci à partir de la valeur Sx opt i ainsi obtenue. Le bloc 25 est alimenté par un signal V représentatif de la vitesse du véhicule, éventuellement élaboré classiquement à partir des quatre vitesses angulaires #i délivrées par les capteurs de vitesse de roue 16, 17, 18, 19 et également délivrées au bloc 25. Celui-ci comprend des moyens de calcul de chaque pseudo-glissement Sxi à partir de l'expression Sxi = 1 - ri- Zi/V où ri est le rayon de la roue i. Le bloc 26 est alimenté par les mêmes signaux xi et par les signaux de pression de freinage Pi délivrés par les capteurs 20, 21, 22, 23. Il comprend des moyens de calcul des décélérations angulaires de roues 'i par dérivation des vitesses angulaires oi, et de calcul de l'effort longitudinal Fli de freinage par l'intermédiaire de l'expression suivante, établie à partir des divers couples observés sur la roue Fli = (1'i + I étant le moment d'inertie de la roue i et k un coefficient de proportionnalité entre la pression de freinage Pi et le couple de freinage appliqué par l'actionneur associé à la roue i. Les signaux Sxi et Fli sont traités dans le bloc 27. Dans le cadre classique d'un traitement numérique de ces signaux, ceux-ci sont échantillonnés et traités, suivant la présente invention, par un algorithme de minimisation de l'écart existant entre la grandeur échantillonnée Fli et une autre grandeur échantillonnée Flid tirée d'un modèle de la caractéristique Fl = f (Sx) du pneumatique associé à chacune des roues i. Suivant l'invention, le modèle choisi est de la forme Flid = a1.f1 + a2.f2 + a3.f3 avec f2=1-exp [-a2 . SXi] a1, a2, a3 étant des constantes, a1, a2, a3 des coefficients d'ajustement du modèle. En ajustant convenablement les coefficients a1, a2, a3, un tel modèle est normalement correctement représentatif de la caractéristique d'un pneumatique, telle que celle-ci est représentée par le graphe A de la figure 3, montrant une croissance de l'effort Fl à partir d'un pseudo-glissement nul, puis un passage par un maximum de cet effort pour une valeur SxOpt du pseudo-glissement et enfin une décroissance et une stabilisation au-delà de ce maximum. L'ajustement de ces coefficients a1, a2, a3 s'obtient, suivant une mise en oeuvre préférée de la présente invention, par l'application d'un algorithme de minimisation de l'écart quadratique entre les échantillons de la grandeur Fli calculée dans le bloc 26 et de la grandeur Flid tirée du modèle chargé dans le bloc 27. On tire de ce traitement les valeurs qu'il faut donner aux coefficients a17 a2, a3 pour assurer cette minimisation. L'algorithme met en oeuvre à cet effet la méthode des moindres carrés et, de manière préférée, la méthode des moindres carrés à trace constante qui permet d'introduire un "facteur d'oubli" dans les échantillons pris en compte dans le calcul.L'introduction d'un tel facteur d'oubli est avantageuse dans la présente application en ce qu'elle permet d'effacer progressivement l'influence des échantillons en fonction de leur ancienneté, la progression du véhicule roulant faisant évoluer celui-ci sur des sols dont l'adhérence peut varier par rapport à celle des sols antérieurement rencontrés. Il convient donc de faire en sorte que les échantillons anciens ne perturbent pas l'évaluation de la situation actuelle du véhicule. La méthode des moindres carrés à trace constante est bien connue de l'homme de métier et on pourra se référer à cet égard à l'ouvrage intitulé "Identification et commande des systèmes", auteur : Ioan Doré Landau, Edition Hermès, Paris 1988, pages 205-206. Les coefficients a1, a2, a3 sont délivrés au bloc 28 chargé de moyens de calcul de la valeur du pseudo-glissement SxOpt i pour lequel le modèle Flid associé à chaque roue i présente un maximum (voir figure 3). Ces moyens de calcul peuvent mettre en oeuvre diverses méthodes bien connues, dérivation, méthode de Newton, etc... La valeur Sorti est fournie au bloc 28 dans lequel s'opère le choix final de la consigne de glissement Sxci de chacune des roues i, en fonction de diverses stratégies, au choix du concepteur. Suivant une stratégie préférée, selon l'invention, si la valeur de l'effort Flid tirée du modèle est, au glissement maximal, supérieure à la valeur observée au glissement SxOpti, on établit la valeur Sxci de la consigne de pseudo-glissement à Sxci = ss SXopt i ss étant un coefficient strictement supérieur à 1. Une telle situation est révélatrice du passage d'un pneumatique du véhicule d'une zone à faible adhérence à une zone à forte adhérence. On a observé que dans une telle situation, le modèle donné ci-dessus a un comportement caractéristique représenté sur le graphe B de la figure 3, où il apparaît que l'effort Fl id donné par le modèle arrive à dépasser l'effort à son premier maximum lui-même abaissé et décalé vers l'origine, ce qui n' est pas représentatif du comportement réel du pneumatique. Le coefficient mutlipli cateur ss appliqué alors à la valeur SxOpti du glissement calculé à l'aide du modèle est choisi pour garantir que la valeur de consigne du pseudo-glissement ainsi établie est ramenée à une valeur réaliste. Dans le cas, normal, où le bloc 29 détermine qu'au taux de glissement maximum (100%), l'effort tiré du modèle est inférieur à l'effort au glissement SxOpti (voir figure 2A), on choisit pour la consigne Sxci = SXopt i Le bloc 29 applique encore une correction supplémentaire concernant les roues arrière du véhicule pour lesquelles la consigne est établie à Sxci = y Sx0 i avec y positif strictement inférieur à 1, de manière à établir la classique correction de freinage concernant ces roues. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'homme de métier appréciera immédiatement qu'elle peut aussi trouver application dans un dispositif d'antipatinage des roues motrices d'un véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la valeur de consigne du pseudo-glissement d'une roue (i) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on mesure l'effort de freinage longitudinal(Fli) courant exercé entre la roue et le sol et le pseudo-glissement courant de cette roue, on tire d'un modèle (Flid) de cet effort alimenté par le pseudo-glissement mesuré et d'un algorithme de minimisation de l'écart entre (Fli) et (Flid), une valeur (SxOpti) du pseudo-glissement correspondant à un maximum de l'effort de freinage longitudinal tiré du modèle, et on détermine enfin la valeur (Sxci) de la consigne courante de pseudo-glissement à partir de cette valeur (Sxopt i) 2.Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on échantillonne les mesures de lteffort de freinage longitudinal (Fli) et du pseudo-glissement (Sx) et en ce qu'on traite les échantillons de cet effort et ceux tirés du modèle (Flid) par un algorithme de minimisation de leur écart par la méthode des moindres carrés à trace constante. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on tire la valeur de l'effort de freinage longitudinal (Fli) de la relation Fli = (Iz'i + où I est le moment d'inertie de la roue (i) autour de son axe de rotation, 'i l'accélération angulaire de la roue, k est une constante, Pi une pression de freinage exercée dans un actionneur de frein de la roue (i), ri le rayon de la roue (i). 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un modèle de l'effort longitudinal de freinage (Flid) de la forme Flid = a1f1 + a2f2 + a3f3 avec f2=1-exp[-a2.Sxi], a1, a2, a3 étant des constantes positives, &alpha;1, &alpha;2, &alpha;3 des coefficients d'ajustement du modèle. 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'on calcule les coefficients a17 a2, a3 à l'aide de l'algorithme de minimisation de l'écart entre les valeurs de (Fli) et de (Flid). 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, si la valeur de l'effort (Flid) tiré du modèle est, au pseudo-glissement maximal, supérieure à la valeur observée au pseudoglissement SxOpti, on établit la valeur Sxci de la consigne de pseudo-glissement à Sxci = ss SXopt i ss étant un coefficient strictement supérieur à 1, alors que, dans le cas contraire, on choisit Sxci = SXOpt i 7.Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, appliqué à un véhicule comprenant un train de roues avant et un train de roues arrière, caractérisé en ce qu'on réduit le pseudo-glissement de consigne des roues arrière de manière que celui-ci soit égal à : Sxci = y Sxopt i y étant un coefficient positif strictement inférieur à 1. 8. Véhicule automobile conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant des roues (i = 1 à 4) équipée chacune d'un actionneur de frein (6, 7, 8, 9), d'un capteur de vitesse de rotation (16, 17, 18, 19) et d'un capteur (20, 21, 22, 23) de pression (Pi) d'un fluide de freinage alimentant l'actionneur, le véhicule comprenant en outre des moyens de calcul (24) alimentés par les signaux délivrés par ces capteurs pour en déduire la valeur courante du pseudoglissement de consigne de chaque roue, caractérisé en ce que ces moyens de calcul (24) comprennent des moyens (25) et (26) alimentés par les signaux délivrés par ces capteurs de vitesse et de pression pour calculer le pseudo-glissement (Sxi) et l'effort de freinage longitudinal (Fli) respectivement, concernant chaque roue (i) et délivrer des signaux représentatifs de ces grandeurs, des moyens (27) alimentés par ces signaux et chargés avec le modèle de l'effort de freinage longitudinal et un algorithme des moindres carrés mis en oeuvre pour minimiser l'écart quadratique entre l'effort mesuré (Fli) et celui (Flid) résultant du modèle, des moyens (28) chargés par des valeurs de coefficients ( , a2, a3) du modèle calculés dans les moyens (27) pour déterminer la valeur (SxOpti) du pseudoglissement pour laquelle l'effort de freinage (Flid) résultant du modèle est maximal et des moyens (29) pour choisir le pseudo-glissement de consigne (Sxci) en fonction de la valeur de (SxOpti).