Brevet FR2748239A1 — publié le 19971107

DISPOSITIF DE SECURITE POUR ESTIMER ET CONTROLER LE COEFFICIENT D'UTILISATION DE L'ADHERENCE PENDANT LA CONDUITE D'UN VEHICULE La présente invention concerne les dispositifs électroniques ayant pour but d'améliorer la sécurité des véhicules automobiles, et plus particulièrement ceux qui fournissent des informations au conducteur de ces véhicules. Récemment différents dispositifs électroniques de sécurité sont apparus sur les véhicules automobiles : coussin gonflable en cas d'accident, anti-blocage de roue au freinage, antipatinage à l'accélération, anti-embardée en virage, etc. Ces dispositifs ont en commun d'être actifs : quand ils détectent une situation dangereuse, ils agissent pour protéger le conducteur. Mais cela a des effets pernicieux : les conducteurs disposant de ces dispositifs se croient à l'abri du danger et prennent plus de risques que s'ils ne les avaient pas. En réalité, ces dispositifs ne changent pas les lois de la physique à à une vitesse donnée, et pour un coefficient de frottement donné entre la route et les pneumatiques, il existe une distance minimale d'arrêt et un rayon minimal de virage. Si l'on freine trop tard devant un obstacle ou qu'on arrive trop vite dans un virage, aucun de ces dispositifs ne pourra éviter l'accident. Les conducteurs ont d'abord besoin de dispositifs d'information qui les rendent responsables en leur indiquant quel risque ils prennent, plutôt que de dispositifs actifs qui tentent de suppléer à leurs défaillances, sans forcément y parvenir. En effet, la plupart des conducteurs ont beaucoup de mal à estimer leur marge de sécurité vis-à-vis de l'adhérence. Chacun sait que l'adhérence est diminuée quand il pleut, et ralentit, mais il est difficile de savoir de combien cela est nécessaire. Or heauccup d'études ont montré que les conducteurs ne ralentissent pas suffisamment, de sorte que leur marge de sécurité devient moins importante qu'ils ne le per.sent. le but de la présente invention est d'informer les conducteurs de l'utilisation qu'ils font de l'adhérence, afin qu'ils puissent conduire avec un- marre de sécurité parfaitement maîtrisée. Le brevet DE3705983 divulgue un dispositif selon ce principe, mais il le limite à la mesure et au contrôle du seul coefficient d'utilisation de l'adhérence longitudinale, et cela pendant les phases d'accélération et de freinage uniquement. Mais ce n'est pas dans ces phases que le conducteur en a besoin: elles ne représentent qu'une petite partie du temps de conduite, et elles ont lieu généralement en ligne droite, où les conséquences d'une perte d'adhérence sont moindres qu'en virage. En effet, la perte d'adhérence en virage entraîne obligatoirement la sortie de route, donc l'accident. La présente invention propose de remédier à cet inconvénient en mesurant et contrôlant le coefficient d'utilisation de l'adhérence transversal, qui conditionne la sécurité en virage. Le brevet FR2660270 perfectionne le précédent en divulguant une méthode de mesure du coefficient de frottement pendant la conduite à vitesse constante, afin de prévenir le conducteur si l'adhérence baisse brusquement. En fait de nombreux brevets ont pour objet de telles méthodes de mesure, mais l'expérience a montré que cette mesure est difficile, parce que le coefficient de glissement ne peut être bien estimé que quand il y a glissement, ce que justement on cherche à éviter. La présente invention propose de remédier à cet inconvénient en estimant le coefficient d'adhérence plutôt qu'en le mesurant. Cela peut être réalisé à partir d'indications fournies par le conducteur sur l'état de la route et le type des pneumatiques, ou bien encore à partir d'informations disponibles donnant une indication sur les conditions mététrologiques, comme le fonctionnement des essuieglace ou la température extérieure. Plus préc-sément, les dispositifs selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un capteur permettant d'estimer l'accélération transversale du véhicule, des troyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route, des moyens de traitement de l'information recevant l'estimation de l'accélération transversale du véhicule et du coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route, et estimant le coefficient ' IrLlisation de l'adhérence, et des moyens pour informer le z^-"uzteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence estimé. Dans des mcdes de réalisation préférés, on a en outre recours à l'une ou à i'autre des dispositions suivantes - les moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre ie pneumatique et la route utilisent l'indication par ie conducteur du véhicule de l'état de la route et du type des pneumatiques, et une table donnant une estimation du coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route en fonction de l'état de la route et du type des pneumatiques. - les moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route utilisent les informations d'état de fonctionnement des essuie-glace et/ou de température extérieure. - les capteurs permettant d'estimer l'accélération transversale du véhicule comprennent un accéléromètre mesurant l'accélération transversale du véhicule. - les capteurs permettant d'estimer l'accélération transversale du véhicule comprennent un capteur mesurant la vitesse du véhicule et un capteur mesurant l'angle de braquage des roues directrices. - les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent l'émission d'un signal sonore modulé en fonction de ia valeur du coefficient d'utilisation de l'adhérence. - les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent un affichage gradué de G à 100%. - les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent un affichage vectoriel des coefficients d'utilisation de l'adhérence respectivement longitudinal et transversal, gradué de -100 à +100J. - les moyens pou r informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utiliation de l'adhérence ctmprennent un dispositif d'alerte indiquant que le coefficient d'utilisation de l'adhérence a dépasse un seuil préétabli. Les dessins annexes illustrent l'invention - ia figure 1 Prrésente un schéma ou système selon l'invention. - la figure 2 représente un exemple d'affichage vectoriel des coefficients d'utilisation de l'adhérence longitudinal et transversal. La figure 1 représente un schéma d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Au moins un capteur (1) mesure une grandeur liée à la marche du véhicule, et permettant d'estimer l'accélération transversale Ay du véhicule. Un capteur particulièrement bien adapté est évidemment un accéléromètre sensible à l'accélération transversale du véhicule. On peut lui adjoindre un deuxième accéléromètre sensible à l'accélération longitudinale Ax du véhicule. I1 permet, en combinaison avec le premier, d'estimer l'accélération totale du véhicule dans le plan horizontal : A=4(Ax-+Ay2), et donc de tenir compte du freinage ou de l'accélération pour l'estimation du coefficient d'utilisation de l'adhérence. Cela permet une estimation plus précise, mais n'est pas indispensable dans la mesure où il est rare que l'on accélère ou freine fortement en virage en utilisation courante. Cette première façon d'estimer l'accélération horizontale est plus particulièrement adaptée à un dispositif rajouté sur le tableau de bord, indépendant des capteurs du véhicule. Une autre façon d'estimer l'accélération transversale du véhicule est d'utiliser comme capteurs (1) un capteur mesurant la vitesse V du véhicule et un capteur mesurant l'angle a de braquage des roues directrices. I1 est alors possible de calculer le rayon R du virage à partir de l'angle a à l'aide d'une table cu d'une fonction R=f(a), puis l'accélération transversale par Ay=V^/R. On peut très facilement aussi obtenir l'accélération longitudinale Ax en mesurant les variations de la vitesse V dans le temps (dérivation). Cette seconde façon d'estimer 1' accélération horizontale est plus particulièrement adaptée à un dispositif intégré dans le tableau de bord, et utilisant les capteurs déjà installés sur le véhicule. L'accéla- n transversale ainsi calculée est envoyée à des moyens de traitement de l'information (2), qui sont préférentiellerent de type numérique, mais peuvent être analogiques dans les cas les plus simples. Ces moyens de traitement de l'information (2) disposent de moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence u entre le pneumatique et la route (3). Comme expliqué plus haut, il est possible de le mesurer pendant la conduite du véhicule, mais ce n'est pas facile. Bien entendu, si u est déjà calculé par un autre système, autant l'utiliser. Sinon, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le coefficient d'adhérence est estimé à partir d'informations fournies par le conducteur, par exemple à l'aide d'un clavier (3). Deux informations sont nécessaires : l'état de la route et le type des pneumatiques. Les valeurs habituellement rencontrées dans la littérature sont données dans le tableau suivant Etat de la route sèche ) mouillée t verglacée Type des normaux 1,0 0,8 0,1 pneus 6 hiver 0,9 0.5 0,3 Ce mode convient particulièrement à un dispositif rajouté sur le tableau de bord, indépendant des capteurs du véhicule. Selon un autre mode de réalisation, le coefficient d'adhérence est estimé à partir de la même table, mais l'information sur l'état de la route est déduite de l'état de fonctionnement des essuie-glace et de la température extérieure. Si la température extérieure est négative, il y a risque de verglas, et on peut adopter, par sécurité, le coefficient correspondant. Si les essuie-glace fonctionnent, la route est mouillée. Ce mode évite au conducteur d'avoir à indiquer l'état de la route, qui change souvent. I1 faut quand même indiquer le type des pneumatiques. Ce mode convient particulièrement à un dispositif intégré dans le tableau de bord, et utilisant les capteurs déjà installés sur le véhicule. Les moyens de traitement de l'information (2) estiment alors le coefficient d'utilisation de l'adhérence C par C=u.A/g, ou bien le coefficient d'utilisation de l'adhérence transversal Cy par : Cy=u.Ay/g, où g est l'accélération de la pesanteur. Une fois Le coefficient d'utilisation de l'adhérence calculé, il doit être porté à la connaissance du conducteur. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le moyen d'information est un signal sonore (4) modulé en fonction du coefficient d'utilisation de l'adhérence. De la sorte, le conducteur n'a pas à quitter la route des yeux pour connaître le coefficient d'utilisation de l'adhérence et le dispositif joue pleinement son rôle de sécurité. La modulation peut porter sur l'intensité sonore ou encore sur la fréquence du signal. Cela n interdit pas de donner plus d'informations grâce à un affichage, de préférence analogique (5), à aiguille ou électronique (bargraphe), placé à portée de vue sur le tableau de bord, et gradué de O à 100%. Des zones de couleur peuvent marquer les différents niveaux de risque, par exemple : vert de 0 à 50%, jaune de 50 à 80% et rouge de 80 à 100%. On pourrait aussi n'avoir qu'un affichage simplifié avec une lampe seulement pour chaque couleur. On peut donner un exemple de circuit électronique permettant de réaliser l'invention. Le capteur (1) est constitué d'un accéléromètre mesurant l'accélération transversale Ay. Les spécifications de cet accéléromètre sont une étendue de mesure d'au moins +/- lg et une bande passante allant du continu à environ 10Hz. Le ADXL76 de la société Analog Devices convient parfaitement, et pour une version à deux accéléromètres, il existe le ADXL276. On trouve ensuite un filtre passe-bas dont le rôle est de supprimer les accélérations brèves dues aux chocs et aux vibrations. Sa fréquence de coupure est d'environ 1OHz. Le signal filtré est envoyé sur l'entrée analogique d'un microcontrôleur qui sert de moyen de traitement de l'information (2). Le clavier (3) est relié aux entrées logiques du microcontrôleur, et permet au conducteur d'indiquer le type des pneumatiques et l'état de la route. Les opérations décrites plus haut et permettant d'estimer le coefficient d'utilisation de l'adhérence sont exécutées par le programme du micro-contrôleur, à une cadence minimale d'une dizaine de fois par seconde. Les moyens pour informer le conducteur comprennent d'une part un système sonore (4) constitué d'un oscillateur dont la fréquence et l'amplitude sont commandées par le micro-contrôleur, d'un amplificateur et d'un haut-parleur, et d'autre part un afficheur (5) du type barre de diodes. La figure t représente un exemple d'affichage vectoriel des coefficients 4Ztilisation de l'adhérence respectivement longitudinal et transversal, dans le cas où le dispositif mesure l'accélération A totale dans le plan horizontal. il s'agit d'un affichage graphique où l'axe des abscisses (6) est le coefficient d'utilisation de l'adhérence transversal Cy et l'axe des ordonnées (7) le coefficient d'utilisation de l'adhérence longitudinal Cx. Les axes sont gradués de -100 à +100?D. La valeur instantanée du coefficient d'utilisation de l'adhérence C est affiché comme le point (8) de coordonnées Cy et Cx. Les lignes d'égale valeur (9) du coefficient d'utilisation de l'adhérence C sont des cercles centrés sur l'origine, en première approximation. En pratique, il est possible de tracer ces lignes de façon exacte pour chaque véhicule, en tenant surtout compte du fait qu'à l'accélération seules deux roues participent à l'adhérence (pour une voiture à deux roues motrices), ce qui réduit le potentiel d'adhérence. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de sécurité dont l'application est l'équipement des véhicules automobiles. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Dispositif de sécurité pour estimer et contrôler le coefficient d'utilisation de l'adhérence pendat la conduite d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur permettant d'estimer l'accélération transversale du véhicule, des moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route, des moyens de traitement de l'information recevant l'estimation de l'accélération transversale du véhicule et du coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route, et estimant le coefficient d'utilisation de l'adhérence, et des moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence estimé. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route utilisent l'indication par le conducteur du véhicule de l'état de la route et du type des pneumatiques, et une table donnant une estimation du coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route en fonction de l'état de la route et du type des pneumatiques. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant d'estimer le coefficient d'adhérence entre le pneumatique et la route utilisent les informations d'état de fonctionnement des essuie-glace et/ou de température extérieure. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs permettant d'estimer l'accélération transversale du véhicule comprennent un accéléromètre mesurant l'accélération transversale du véhicule. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les capteurs permettant d'estimer l'accélérat:on transversale du véhicule comprennent un capteur mesurant la vitesse du véhicule et un capteur mesurant l'angle de braquage des roues directrices. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent l'émission d'un signal sonore modulé en fonction de la valeur du coefficient d'utilisation de l'adhérence. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent un affichage gradué de 0 à 100. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent un affichage vectoriel des coefficients d'utilisation de l'adhérence respectivement longitudinal et transversal, gradué de -100 à +100. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour informer le conducteur du véhicule du coefficient d'utilisation de l'adhérence comprennent un dispositif d'alerte indiquant que le coefficient d'utilisation de l'adhérence a dépassé un seuil préétabli.