Brevet FR2774640A1 — publié le 19990813

La présente invention concerne un procédé de détermination de la décélération d'un véhicule automobile au moyen du frein de véhicule et un système de freinage pour véhicule automobile comportant des actionneurs de frein de roue à commande électrique. Les exigences concernant les véhicules automobiles, aujourd'hui de plus en plus importantes, qui portent sur un système de freinage moderne - par exemple des dispositifs antiblocage, des régulations de la stabilité de conduite, des commandes du glissement de traction ou des contrôles de traction - rendent nécessaires des interventions sur les freins qui soient sélectives, roue par roue. Cela s'obtient au moyen de systèmes de freinage qui comportent, sur chaque roue, un actionneur électromécanique de frein de roue respectif monté sur l'étrier de frein de la roue (DE 196 15 186 Cl). Un critère décisif pour l'efficacité de telles fonctions supplémentaires est une détermination la plus exacte possible de la décélération d'ensemble actuelle du véhicule automobile. Tant que les vitesses de rotation des roues sont proportionnelles à la vitesse du véhicule, que donc les roues ne manifestent pas de tendance au blocage et que le glissement de roue est ainsi négligeable, la décélération d'ensemble est essentiellement déterminée par la décélération obtenue au moyen du frein de véhicule, appelée ci-après décélération de freinage. Cette décélération de freinage est une fonction des forces de serrage des garnitures de frein sur le disque de frein et, dans le cas d'une amplification hydraulique, il est notamment possible aussi que les pressions, directement proportionnelles aux forces de serrage, qui règnent dans les cylindres de frein de roue (pressions de frein) soient utilisées en tant que variables de fonction. La connaissance de la relation précise existant entre la décélération de freinage et la force de serrage est d'une importance considérable pour des systèmes de freinage modernes. Le problème technique qui est à la base de l'invention consiste à mettre au point un procédé qui permette de déterminer la décélération de freinage d'un véhicule automobile en fonction des forces de serrage. Le facteur de proportionnalité entre ces grandeurs doit être adapté à la masse du véhicule et à la température du frein. Conformément à l'invention, ce problème est résolu au moyen d'un procédé de détermination de la décélération d'un véhicule automobile au moyen du frein de véhicule, caractérisé en ce qu'une valeur principale de la décélération de frein est calculée à partir d'au moins l'une des grandeurs que sont les vitesses de rotation de roue, la vitesse de rotation du moteur, la décélération longitudinale ou le couple en coupure de traction du moteur, en ce qu'une valeur de comparaison de la décélération de frein est calculée à partir de mesures des forces de serrage, en ce qu'un facteur de proportionnalité est calculé à partir du rapport de la valeur principale et de la valeur de comparaison de la décélération de frein et en ce que la décélération de frein est calculée en tant que produit de la force de serrage du frein de véhicule et du facteur de proportionnalité. Dans le même but, l'invention a pour objet un système de freinage pour véhicule automobile comportant des actionneurs de frein de roue à commande électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil électrique de commande dans lequel la décélération du véhicule automobile obtenue au moyen du frein de véhicule est calculée en tant que produit de la force de serrage du frein de véhicule et d'un facteur de proportionnalité dépendant de la force de serrage, de la température du frein et de la masse du véhicule, sans que la température du frein et la masse du véhicule soient déterminées d'une manière explicite. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - la valeur du facteur de proportionnalité est corrigée lorsque le rapport de décélération de frein ne franchit pas vers le haut une valeur de seuil déterminée, - le facteur de proportionnalité est corrigé en fonction de la charge et de la pente, même dans des phases sans actionnement du frein, - une partie du facteur de proportionnalité qui dépend de la température du frein est ramenée, dans les phases sans actionnement du frein, à une valeur initiale préfixée, la décélération de frein, calculée conformément à la définition générale ci-dessus du procédé conforme à l'invention est utilisée, dans des phases dans lesquelles le rapport de décélération de frein franchit vers le haut la valeur de seuil, pour déterminer une décélération de véhicule efficace à partir de l'équilibre des couples sur la roue. L'invention a aussi pour objet un procédé de détermination de la décélération d'ensemble d'un véhicule automobile, selon lequel la décélération de moteur, la décélération de vent, la décélération de frottement, la décélérations de pente et la décélération de frein sont déterminées et additionnées, caractérisé en ce que la décélération de frein est calculée selon un procédé conforme à une ou plusieurs des particularités de procédé ci-dessus. L'invention a l'avantage que des capteurs servant à détecter les forces de serrage, notamment des capteurs de pression de frein, fournissent des résultats relativement précis et dépourvue de bruit, de sorte que les signaux de capteur ne doivent pas obligatoirement être soumis à une formation de moyenne ou être filtrés. On a ainsi également l'assurance d'une disponibilité à courte échéance de valeurs actuelles de décélération de frein. Une affectation sélective, roue par roue, de ces valeurs est alors aussi possible. Tandis que l'influence de la charge se manifeste déjà avant le début d'un processus de freinage, la diminution d'action (fading) du frein n'agit qu'au cours du freinage. Cela rend possible une distinction entre les deux effets. Etant donné que la relation actuelle existant à chaque instant entre la force de serrage et la décélération de frein est connue, une courbe caractéristique permanente peut être déterminée entre la force de pédale de frein et la décélération de frein. Une force de serrage adaptée est alors associée à une position donnée de la pédale de frein. Par ailleurs, lors d'une tendance des roues au blocage, donc dans le cas d'un glissement de roue accru, la décélération de frein calculée à partir des forces de serrage peut être avantageusement utilisée pour déterminer la décélération de véhicule s'exerçant réellement, sans devoir déterminer explicitement à cet effet le coefficient de frottement. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est exposé ci-après en regard des figures. On voit: à la figure 1, une représentation en coupe d'un actionneur de frein de roue utilisé dans un système de freinage actionné électriquement et, à la figure 2, un schéma de déroulement du procédé conforme à l'invention de détermination de la décélération de frein d'un véhicule automobile. La relation précise existant entre la décélération de frein et la force de serrage peut être décrite au moyen d'un facteur de proportionnalité. Avec la connaissance de ce facteur de proportionnalité, il est par suite possible de déterminer la décélération de frein devant être obtenue au moyen de forces de serrage données, ce qui permet des améliorations considérables dans le cas de diverses fonctions de freinage, par exemple dans le cas des régulations antiblocage et de stabilité de conduite déjà citées dans le préambule ou de la commande d'un système de freinage électrique. Toutefois, la valeur de ce facteur de proportionnalité dépend d'une part de la masse du véhicule et d'autre part, lorsqu'il se présente une diminution d'action du frein, de la température du frein, de sorte qu'elle doit être de nouveau déterminée en permanence pendant le fonctionnement du véhicule. Etant donné toutefois que, dans un véhicule classique, ni la masse du véhicule et la température du frein, ni les forces de serrage ne sont connues, la relation entre la force de serrage et la décélération de frein n'a pas jusqu'à présent été utilisée dans des systèmes connus de freinage. Sur le plan du calcul, la décélération de frein s'obtient à partir de la différence entre la décélération d'ensemble et les décélérations dues au moteur (décélération de moteur), au vent (décélération de vent), au frottement (décélération de frottement) et à la pente (décélération de pente). Toutes les valeurs peuvent alors se calculer indépendamment l'une de l'autre en se basant sur des valeurs de mesure de différents capteurs, par exemple de capteurs de vitesse de rotation de roue, de capteurs de vitesse de rotation de moteur et de capteur de décélération longitudinale. Toutefois, dans des systèmes connus de freinage, la décélération de frein n'est pas déterminée explicitement. C'est uniquement la vitesse du véhicule ou la décélération d'ensemble qui est déterminée à partir de mesures des vitesses de rotation de roue. Etant donné que les signaux des capteurs de vitesse de rotation sont alors en partie l'objet de perturbations ou de bruits intenses, ces signaux doivent être soumis à une formation de moyenne ou être filtrés. Afin de pouvoir mieux réagir à des natures modifiées de la voie de roulement, des coefficients de frottement font en outre en partie l'objet d'une évaluation grossière. Contrairement à des systèmes de freinage hydraulique, des systèmes de freinage électrique offrent la possibilité d'associer librement des forces de freinage à des positions déterminées de pédale. Etant donné toutefois que, jusqu'à présent, il n'a pas été tenu compte des influences de masses de véhicule variables et d'une diminution d'action de frein lors du calcul de la décélération de véhicule, la réaction du véhicule à des actionnements de frein de la part du conducteur fluctue en partie d'une manière considérable à cet égard. Un actionneur de frein 4 (figure 1) monté directement sur l'étrier de frein est entraîné au moyen d'un moteur électrique 20 sans collecteur qui est par exemple réalisé sous forme d'une machine asynchrone, d'une machine synchrone ou d'un moteur à courant continu à commutation électronique. Dans l'exemple représenté de mise en oeuvre, une électronique de commande 8 prévue pour le moteur électrique 20 est intégrée directement dans le boîtier de l'actionneur de frein de roue 4, mais elle peut aussi être placée dans un boîtier séparé en faisant appel à des lignes supplémentaires. Un écrou 22 d'un mécanisme à vis sans fin, qui est par exemple réalisé sous forme d'un mécanisme à galets épicycloidal, d'un mécanisme à vis sans fin à billes, d'un mécanisme à filetage trapézoïdal ou autre, constitue le rotor du moteur électrique 20. De tels mécanismes à vis sans fin sont connus en eux-mêmes (par exemple un écrou d'une seule pièce RGTB de INA Lineartechnik oHG). -7 Plusieurs aimants de rotor 23 sont montés sur l'écrou 22 du mécanisme à vis sans fin. Le mouvement de rotation du rotor est transformé par le mécanisme à vis sans fin en un mouvement de translation d'une vis sans fin 24. La force axiale de la vis sans fin 24 est multipliée au moyen d'un dispositif de multiplication mécanique 25 se présentant sous forme d'un mécanisme à levier et est transmise à un piston de cylindre de frein de roue 26 qui applique les garnitures de frein 6 sur le disque de frein 3 et produit ainsi sur ce disque de frein un couple de freinage qui entraine une décélération du véhicule. Le procédé conforme à l'invention est maintenant décrit à l'aide du schéma de déroulement de la figure 2, ce procédé permettant de déterminer la décélération du véhicule au moyen d'un système de freinage du type considéré, à partir des pressions mesurées dans les cylindres de frein de roue. D'abord, à un pas F1, les valeurs des vitesses de rotation de roue, de la vitesse de rotation de moteur et de la décélération longitudinale sont relevées aux moyen de différents capteurs. La décélération longitudinale est alors supposée être le signal de sortie du capteur de décélération longitudinale, donc la force longitudinale s'exerçant sur une particule de masse connue. A un pas F2, les signaux de capteur sont filtrés, afin d'éliminer des perturbations et signaux de bruit éventuels. Ensuite, à un pas F3, les valeurs actuelles de la décélération d'ensemble, de la décélération de moteur, de la décélération de vent, de la décélération de frottement et de la décélération de pente sont déterminées à partir des données de mesure filtrées. La décélération d'ensemble aG est calculée à partir de l'accélération de roue dnR, qui s'obtient à partir de la dérivée des vitesses de rotation de roue soumise à une formation de moyenne, et du rayon de roue rR. aG = dnR rR (I) Il est tenu compte de la différence de distance parcourue, due au braquage de direction, au moyen d'une correction appropriée des vitesses de rotation de roue. Le couple en coupure de traction de moteur MS dépendant de la vitesse de rotation - appelé ci-après plus brièvement couple de coupure - est soit extrait d'une table caractéristique, soit calculé d'une manière explicite. A partir de la vitesse de rotation de moteur nM et de la vitesse de rotation de roue nR qui a été soumise à une formation de moyenne, le couple de coupure est transformé par calcul en fonction de la démultiplication de la boite de vitesses pour donner le couple de roue MR. MR = nM/nR MS (II) La décélération de moteur aM en est déduite en tenant compte du rayon de roue et de la masse de véhicule F. aM = MR/(mF rR) (III) Etant donné que la masse de véhicule n'est pas connue, elle est estimée au moyen du poids à vide augmenté de 50% de la charge maximale. Si la vitesse de rotation de roue mesurée correspond au régime de ralenti (ce qui est notamment le cas lorsqu'on débraye l'embrayage ou qu'on rétrograde d'un étage de la boîte), la décélération de moteur est fixée égale à zéro, étant donné qu'aucun couple n'est fourni ou prélevé. La vitesse de véhicule vF est aussi calculée à partir des vitesses de rotation de roue. La décélération de vent aw est déterminée à partir de celle-ci à l'aide du couple de moteur MM, de la fréquence angulaire de moteur omM, de la vitesse maximale vmax, qui fournit la vitesse de véhicule maximale, et de la masse de véhicule. aw = ((MM'OmM)/(Vmax3 mF)) VF2 (IV) Pour le couple de moteur et la fréquence angulaire de moteur, on utilise alors, pour chacun, les valeurs respectives se présentant pour la vitesse maximale. La décélération de frottement aR est fixée sous forme d'une constante ou calculée sous forme d'une fonction de la vitesse de véhicule, de la masse de véhicule et du coefficient de frottement par adhérence. Toutefois, la décélération de frottement est souvent négligée en raison de sa faible influence sur la décélération d'ensemble. Si le véhicule est équipé d'un capteur de décélération longitudinale qui détermine la décélération longitudinale aL du véhicule par rapport à un système de référence sans frottement et entraîné dans le mouvement, la décélération de pente aN peut alors être calculée. aN = aG - aL (V) Dans le cas de capteurs de décélération longitudinale, la mesure a lieu de manière constante parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule. Si celui- ci n'est pas parallèle à la direction de déplacement du véhicule, la valeur mesurée est alors corrigée au moyen d'un facteur dépendant de l'angle de braquage, de la vitesse de véhicule et de la plongée de l'essieu avant. En variante, la décélération de pente peut aussi être calculée au moyen de l'intégration des signaux d'un capteur de valeur de tangage. Enfin, la valeur principale aBH de la décélération de frein est calculée à partir des différentes valeurs de décélération. aBH = aG - (aM + aW + aR + aN) (VI) On obtient ainsi une valeur relativement exacte pour la décélération de frein. En parallèle un pas F6, à partir des pressions régnant dans les cylindres de frein de roue mesurées à un pas F4 au moyen de capteurs de pression de frein, la valeur de comparaison aBV de la décélération de frein est calculée, à un pas F5, en tant que produit de la pression de frein PB et d'un facteur de proportionnalité k dépendant de la pression de frein, de la masse de véhicule et de la températures de frein tB. aBV = k(PB, mF, tB) PB (VII) Le facteur de proportionnalité se calcule à partir de k = c1 (1-c2 PB2) (VIII) Par exemple, le paramètre c2 peut être fixé à une valeur constante en fonction des propriétés de la garniture de frein et du disque de frein et c1 être utilisé en tant que facteur de correction qui tient compte de la charge momentanée du véhicule et de l'état de diminution d'action (fading) des freins. Pour déterminer une valeur initiale pour ce facteur de proportionnalité, on part d'un état de fonctionnement quelconque - par exemple d'un système de freinage froid pour une masse de véhicule qui se compose du poids à vide et de 50% de la charge maximale admissible. A un pas F6, on compare alors les résultats des deux méthodes de calcul. Tant qu'une valeur de seuil préfixée - par exemple un écart maximal égal à 10% - n'est pas franchie vers le haut, le rapport qu'on obtient constitue une bonne mesure pour l'erreur du facteur de proportionnalité actuelle. Celui-ci peut alors être corrigé en conséquence à un pas F7. Ainsi, la relation actuelle entre les forces de serrage et la décélération de frein est disponible d'une manière continue et peut avantageusement être utilisée pour diverses fonctions supplémentaires d'un système de freinage. Si, en revanche, le rapport de décélération de frein franchit vers le haut la valeur de seuil préfixée, cela constitue un indice du fait qu'une erreur a eu lieu dans le calcul l1 de la valeur principale de décélération de frein. Cela est notamment le cas lorsque les roues commencent à bloquer, de sorte que le glissement de roue s'accroît nettement et que, de ce fait, la proportionnalité des vitesses de rotation de roue et de la vitesse de véhicule qui est à la base du calcul n'est plus assurée. Pour un glissement de roue accru, le moment d'inertie de roue MT ne peut plus être négligé, de sorte qu'un couple de glissement MSchl supplémentaire, pouvant être déterminé par le calcul, est produit à l'aide de l'accélération de roue dnR. MSchl = MT dnR (IX) Les moments d'inertie de masse de toutes les parties tournantes - par exemple disque de frein, arbre d'entraînement, arbre de boîte de vitesses - sont réunis dans le moment d'inertie de roue. A un pas F8, on fixe alors l'équilibre de couple sur une roue. Le couple de glissement doit alors être égal à la somme de tous les autres couples actifs. Ceux-ci se composent d'une part d'un couple d'ensemble MG provenant du véhicule et d'autre part d'un couple de transmission MO qui est produit par la transmission de force du pneumatique à la voie de roulement et qui caractérise la décélération de véhicule momentanément active aWirk (décélération active). Le couple de frein MB, pouvant être calculé à partir de la valeur de comparaison de décélération de frein aBV et du rayon de pneumatique rR, sert alors d'approximation judicieuse pour le couple d'ensemble. MG " MB = aBV rR (X) Il peut en outre être aussi tenu compte d'autres couples, par exemple du couple de coupure de traction de moteur. Le couple de transmission M0 peut ainsi se calculer à partir de la différence du couple de glissement et du couple total ou couple de frein. MO = MSchl - MG " MSchl -MB (XI) Enfin, à partir de celui-ci, la décélération active aWirk peut se déterminer avec une bonne approximation au moyen du rayon de pneumatique et de la masse de véhicule. aWirk = MO/(rR mF) (XII) On obtient de cette manière des résultats nettement plus précis pour la décélération active que dans le cas de la méthode classique de l'évaluation grossière du coefficient de frottement par exemple sur la base du gradient avec lequel une roue entre en glissement accru. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la décélération d'un véhicule automobile au moyen du frein de véhicule, caractérisé: en ce qu'une valeur principale de la décélération de frein est calculée à partir d'au moins l'une des grandeurs que sont les vitesses de rotation de roue, la vitesse de rotation du moteur, la décélération longitudinale ou le couple en coupure de traction du moteur, en ce qu'une valeur de comparaison de la décélération de frein est calculée à partir de mesures des forces de serrage, en ce qu'un facteur de proportionnalité est calculé à partir du rapport de la valeur principale et de la valeur de comparaison de la décélération de frein et en ce que la décélération de frein est calculée en tant que produit de la force de serrage du frein de véhicule et du facteur de proportionnalité. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du facteur de proportionnalité est corrigée lorsque le rapport de décélération de frein ne franchit pas vers le haut une valeur de seuil déterminée. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de proportionnalité est corrigé en fonction de la charge et de la pente, même dans des phases sans actionnement du frein. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie du facteur de proportionnalité qui dépend de la température du frein est ramenée, dans les phases sans actionnement du frein, à une valeur initiale préfixée. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la décélération de frein, calculée conformément à la revendication 1 est utilisée, dans des phases dans lesquelles le rapport de décélération de frein franchit vers le haut une valeur de seuil, pour déterminer une décélération de véhicule efficace à partir de l'équilibre des couples sur la roue. 6. Procédé de détermination de la décélération d'ensemble d'un véhicule automobile, selon lequel la décélération de moteur, la décélération de vent, la décélération de frottement, la décélération de pente et la décélération de frein sont déterminées et additionnées, caractérisé en ce que la décélération de frein est calculée selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 - 5. 7. Système de freinage pour véhicule automobile comportant des actionneurs de frein de roue à commande électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil électrique de commande (8) dans lequel la décélération du véhicule automobile obtenue au moyen du frein de véhicule est calculée en tant que produit de la force de serrage du frein de véhicule et d'un facteur de proportionnalité dépendant de la force de serrage, de la température du frein et de la masse du véhicule, sans que la température du frein et la masse du véhicule soient déterminées d'une manière explicite.