Brevet FR2802646A1 — publié le 20010622

"Procédé de détermination des vitesses et accélérations longitudinales et de lacet d'un véhicule" L'invention concerne un procédé de détermination des vitesses et accélérations longitudinales et de lacet d'un véhicule. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination de la vitesse longitudinale d'un véhicule du type comprenant au moins deux roues gauche et droite non motrices appartenant à un même train de roues, des moyens de freinage du véhicule et des moyens de calcul. 1o L'invention concerne aussi un procédé de détermination de la vitesse transversale ou de lacet d'un véhicule du type décrit précédemment. La détermination des vitesses longitudinale et de lacet, ainsi que des accélérations longitudinale et de lacet d'un véhicule automobile, est nécessaire au fonctionnement de certains organes du véhicule, et notamment d'une boîte de vitesse automatique. En effet, la détermination des changements de rapport d'une transmission automatique est classiquement basée sur lI'utilisation d'informations représentatives de la vitesse du véhicule et de son accélération longitudinale comme décrit dans la demande de brevet français n 97.08324, ou encore, sur l'utilisation d'informations représentatives du comportement transversal du véhicule, c'est-à-dire de sa vitesse et/ou de son accélération transversale comme décrit dans la demande de brevet français n 98.07526. La détermination de telles informations est généralement réalisée par des capteurs, tels que des capteurs accéléro- métriques ou des capteurs d'angle du volant du véhicule. Ces 3o informations sont ensuite traitées par des systèmes de calcul électronique. Cependant, de tels capteurs et systèmes de calcul électronique ont un coût élevé. Une autre solution consiste à déterminer les vitesses et les accélérations transversales et longitudinales à partir d'informa- tions représentatives de la vitesse de rotation des roues et des diamètres de la bande de roulement des pneumatiques des roues du véhicule 10. Cependant, la seule mesure de la vitesse de rotation des roues ne permet pas d'obtenir une précision suffisante. En effet, les vitesses longitudinale, et transversale et par conséquent les accélérations du véhicule, sont sensibles aux variations du diamètre de la bande de roulement des roues du véhicule qui sont dues notamment à l'usure et aux différences de pression à io l'intérieur des pneumatiques. Par exemple, une différence de l'ordre de 5 mm sur le diamètre de la bande de roulement d'une roue du véhicule provoque une différence de l'ordre de 5 ms'2 sur l'accélération longitudinale du véhicule. Des dispositifs, tels que des capteurs de pression, permettent la détermination indirecte s5 du diamètre de la bande de roulement des roues. Toutefois, ces dispositifs sont chers et nécessitent un traitement particulier des informations fournies. Dans le but de remédier à ces inconvénients, I'invention propose un procédé de détermination de la vitesse longitudinale du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: - acquisition de données représentatives des vitesses de rotation wrg et wrd des roues; - détermination des vitesses de rotation wg et wd desdites roues; - détermination de l'écart relatif EV des vitesses des roues selon l'expression mathématique EV = (wg-wd)/(wg+wd); détermination, à partir de l'écart relatif EV des vitesses, de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues selon l'expression mathématique ER = (Rd-Rg)/(Rg+Rd) dans laquelle Rd et Rg sont les diamètres réels de la bande de roulement desdites roues; détermination de la vitesse longitudinale VL du véhicule selon l'expression mathématique VL = (Rm/2)*((wd+wg) + ER(wd-wg)) dans laquelle Rm est une valeur constante représentative du rayon moyen de la bande de roulement des roues. L'invention propose aussi un procédé de détermination de la vitesse de lacet d'un véhicule du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: acquisition de données représentatives des vitesses de rotation wrg et wrd des roues; - détermination des vitesses de rotation wg et wd des roues; -détermination de l'écart relatif EV des vitesses des roues selon l'expression mathématique EV = (wg-wd)/(wg+wd); - détermination, à partir de l'écart relatif EV des vitesses, de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues selon l'expression mathématique ER = (Rd-Rg)/(Rg+Rd) dans laquelle Rd et Rg sont les diamètres réels de la bande de roulement desdites roues; - détermination de la vitesse de lacet TJ du véhicule selon l'expression mathématique ' = (Rm/L)*((wd-wg)+ER(wd+wg)) dans laquelle Rm est une valeur constante représentative du rayon moyen de la bande de roulement des roues non motrices, et L est la distance transversale qui sépare les roues gauche et droite. Selon d'autres caractéristiques des procédés - pour déterminer l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues à partir de l'écart relatif EV des vitesses desdites roues on procède de la manière suivante: Iorsque la valeur absolue de la différence entre l'écart 3o relatif EV des vitesses des roues non motrices et la valeur de la moyenne EVmoy(t) dudit écart relatif EV, qui est définie par la formule EVmoy(t) = EVmoy(t-Te)*(1-X1)+X1*EV(t) dans laquelle Te est la période d'échantillonnage des moyens de calcul et;l est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage, est inférieure à une première valeur de seuil déterminée; et Iorsque les moyens de freinage du véhicule ne sont pas actionnés, l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement desdites roues est alors déterminé par la formule mathématique suivante ER = ( EV(t) dt) dans laquelle T est la durée du parcours du véhicule déjà effectué io et N est une durée inférieure à la durée T; Iorsque la valeur absolue de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues et la valeur de la moyenne EVmoy(t) dudit écart relatif EV est supérieure ou égal à la valeur de seuil déterminée; ou 15. lIorsque les moyens de freinage du véhicule sont actionnés; la valeur de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues prise en compte, pour la détermination de VL et ô, est alors la dernière valeur de l'écart relatif ER calculée, pour laquelle la valeur absolue de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues et la moyenne dudit écart relatif EVmoy est inférieure à la première valeur de seuil déterminée lorsque les moyens de freinage du véhicule ne sont pas actionnés; l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues est calculé en fonction de l'écart relatif EV des vitesses des roues selon l'expression ER(t) = ER(t-Te)*(1-X2)+ X2*EV(t), dans laquelle Te est la période d'échantillonnage des moyens de calcul et X2 est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage - au cours d'une étape supplémentaire on dérive la vitesse longitudinale VL par rapport au temps pour déterminer l'accélération longitudinale AL du véhicule; - au cours d'une étape supplémentaire on effectue la multiplication de la vitesse longitudinale VL et de la vitesse de lacet T pour obtenir l'accélération transversale AT du véhicule; - lorsque la valeur de l'écart relatif ER des rayons de la s bande de roulement des roues est supérieure à une seconde valeur de seuil déterminée, une anomalie des pneumatiques est détectée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la io compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement en vue de dessus un véhicule automobile en situation de virage; - la figure 2 représente l'architecture générale modulaire d'un système de calcul électronique qui met en oeuvre l'invention; - la figure 3 représente l'architecture détaillée d'un module du système de calcul électronique qui met en oeuvre l'invention. Dans la description qui suit une orientation droite gauche et avant arrière, non limitative, est utilisée conformément à lI'orientation de la figure 1 et au sens de déplacement du véhicule 10. La figure 1 représente un véhicule automobile 10 en situation de virage dont le centre instantané de courbure est matérialisé par le point C. Le véhicule 10 se compose d'un train de roues avant 12, qui comporte une roue droite 14 et d'une roue gauche 16, et d'un train de roues arrières 18 qui comporte une roue droite 20 et d'une roue gauche 22. Selon l'exemple proposé, le véhicule 10 est tracté par les roues motrices 14 et 16 du train de roues avant 12, le train de roues arrières 18 n'est pas moteur. Dans la suite de la description, des mesures sont effectuées sur des roues, ici sur les roues 20 et 22 non motrices du train arrière 18. En effet, pour que les mesures reflètent la situation réelle du véhicule, il est nécessaire que le glissement entre les roues sur lesquelles sont effectuées les mesures et le sol soit nul ou quasi nul. Or, les roues motrices peuvent glisser par rapport au sol notamment lors des phases d'accélération ou de décélération. Un tel glissement ou patinage peut se produire dans d'autres situations qui seront détaillées dans la suite. Les bandes de roulement des roues arrières droite 20 et gauche 22 ont un rayon Rd et Rg respectivement. Les rayons Rd et Rg sont la valeur moyenne du rayon de la bande de roulement du pneumatique respectif à un instant "t" donné. io Les roues arrières 20 et 22 sont séparées par une distance L aussi appelée "voie" du véhicule 10. Des moyens de freinage, non représentés, permettent au conducteur du véhicule automobile 10 de freiner de façon à adapter la vitesse du véhicule. Un capteur de freinage fournit un signal représentatif F de l'activation des moyens de freinage. Le capteur de freinage fonctionne ici en tout ou rien, c'est-à-dire que, lorsque le signal représentatif F est nul, les moyens de freinage ne sont pas activés, on a alors F=0, et lorsque le signal représentatif n'est pas nul, les moyens de freinage sont activés, on a alors F=1. Un freinage provoque un glissement des roues par rapport au sol et donc un biais sur les mesures des vitesses des roues. Le signal F est transmis à un système de calcul électronique dont l'architecture générale modulaire est représentée à la figure 2, de façon à prendre en compte le risque d'existence d'une telle situation. Des capteurs de vitesse de rotation, non représentés, sont montés sur l'axe de rotation de chacune des deux roues arrières non motrices 20 et 22 du véhicule 10. Ils permettent de fournir des signaux wrd et wrg qui traduisent en signaux électriques les vitesses de rotation de la roue droite 20 et gauche 22. Les signaux wrd et wrg fournis sont transmis au système de calcul électronique pour être exploités. Un premier module M1 reçoit les signaux wrd et wrg qu'il traite à l'aide d'un filtre, et notamment un filtre passe-bas, afin de supprimer d'éventuelles perturbations telles que des bruits hautes fréquences. Le premier module M1 fournit au deuxième module M2 du système de calcul des signaux wd et wg qui sont représentatifs de la vitesse de rotation des roues arrières droite et gauche 22. Cela permet de calculer la vitesse longitudinale VL, la vitesse de lacet W, exprimée en rad/s, qui est une vitesse io d'orientation globalement transversale par rapport au véhicule, ainsi que les accélérations longitudinale AL et transversale AT à partir des formules mathématique suivantes VL = (wd*Rd+wg*Rg)/2 = (wd*Rd-wg*Rg)/L AL = dVL/dt AT = VL*W Cependant, les valeurs des rayons Rd et Rg des bandes de roulement des pneumatiques ne sont pas constantes dans le temps. Leurs variations, provoquées notamment par des changements de pression de l'air se trouvant à l'intérieur des pneumatiques, par l'usure de la bande de roulement ou encore un dégonflage accidentel tel qu'une crevaison, provoquent des variations sensibles des valeurs des vitesses VL et T ainsi que des valeurs des accélérations AL et AT. Afin de prendre en compte les variations des rayons Rd et Rg des roues arrières droite 20 et gauche 22, le procédé selon l'invention propose de calculer l'écart relatif EV des vitesses de rotation des roues selon l'expression mathématique EV = (wg-wd)/(wg+wd). Le système de calcul électronique détermine ensuite l'écart relatif ER du rayon de la bande de roulement des pneumatiques des roues, tel que ER = (Rd-Rg)/(Rg+Rd), à partir de l'écart relatif EV des vitesses de rotation des roues. Les formules mathématiques qui permettent de déterminer les vitesses et les accélérations longitudinales et transversales VL, ri, AL et AT peuvent s'écrire en fonction des vitesses de rotation wd et wg des roues arrières et de l'écart relatif ER. Les formules mathématiques s'écrivent alors: VL = Rm*[(wd+wg)+ER*(wd-wg)]/2 (1) Y =Rm*[(wd-wg)+ER*(wd+wg)]/L (2) AL = d(VL)/dt (3) AT = VL* d (4) io dans lesquelles Rm est une valeur constante représentative du rayon moyen de la bande de roulement des roues non motrices, c'est-à-dire que Rm = (Rdi+Rgi)/2, pour lequel Rdi et Rgi sont des valeurs constantes des rayons de la bande de roulement des roues droite 20 et gauche 22, telles que leurs valeurs initiales, ou leurs valeurs avec une usure déterminée. Le procédé selon l'invention ne nécessite donc aucun capteur supplémentaire, minimisant ainsi les coûts des dispositifs nécessaires à la détermination des vitesses et des accélérations du véhicule. Le module M2 calcule l'écart relatif EV des vitesses de rotation des roues à partir des signaux wd et wg représentatifs de la vitesse de rotation des roues. A partir, de l'écart relatif EV des vitesses de rotation des roues et du signal F, le troisième module M3 détermine l'écart relatif ER. Pour ce faire, on peut considérer que sur un trajet routier d'une durée T suffisamment grande, la vitesse de lacet T du véhicule 10 tend à être nulle, car le trajet tend à terme vers la ligne droite. Ainsi, la formule mathématique (2) est de la forme T = Rm*[(wd-wg)+ER*(wd+wg)]/L qui tend vers 0 d'o ER tend vers (wg-wd)/(wd+wg) = EV Donc, sur un trajet d'une durée T suffisamment grande, l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues est égal à la moyenne temporelle de l'écart relatif EV des vitesses des roues du véhicule. La moyenne temporelle étant la division par la durée T de l'intégrale entre 0 et T de l'écart relatif ER qui s'écrit: ER = T*(oEV(t)*dt) (5) Le quatrième module M4 calcule ensuite les vitesses longitudinale VL et de lacet IF à partir des formules mathéma- io tiques (1) et (2) et de la valeur ER calculée. Cependant, ce procédé ne prend pas en compte des variations rapides, dues par exemple à une crevaison, de la valeur de l'écart relatif ER du rayon de la bande de roulement des roues. Il est donc avantageux de calculer l'écart relatif ER sur un i5 trajet d'une durée N plus courte que la durée T. Pour respecter la condition de convergence vers 0 de la vitesse transversale ô, il est alors nécessaire d'effectuer le calcul de l'écart relatif ER du rayon de la bande de roulement des roues arrières 20 et 22 uniquement en ligne droite. ÀA cet effet, conformément à la figure 3, le premier sous- module M31 du module M3 calcule la moyenne EVmoy de l'écart relatif EV des vitesses des roues du véhicule sur une durée déterminée. Puis, le second sous-module M32 compare la valeur absolue ABS de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues du véhicule à un instant donné et la moyenne EVmoy, et à une valeur de seuil S1 déterminée selon la formule mathématique: ABS = IEV - EVmoy l io système de calcul électronique des informations erronées. Ainsi, lorsque F=1, le système de calcul électronique suspend le calcul des trois valeurs ER, EVmoy et EV. Lorsque l'une de ces valeurs est nécessaire au fonctionnement ou à la commande d'un organe du véhicule automobile 10, la valeur fournie par le système de calcul électronique pour le fonctionnement ou la commande de cet organe est, par exemple, la dernière valeur calculée avant que le signal F ne devienne égal à 1. Selon une variante, un deuxième sous-module M32 détermine la moyenne EVmoy de l'écart relatif EV de la vitesse des roues par le calcul de la moyenne dite "glissante" qui s'écrit selon la formule mathématique suivante: EVmoy(t) = (1-,l)*EVmoy(t-Te)+ XI*EV(t) (8) dans laquelle, Te est la période d'échantillonnage du système de calcul électronique donc EVmoy(t-Te) est la valeur précédente calculée par le système du calcul électronique, et;l est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage du système de calcul électronique et de la durée sur laquelle la moyenne est réalisée. o Le calcul de la moyenne dite "glissante" permet de pondérer les termes présents dans son calcul. Un "poids" plus important est donné aux termes récemment acquis par le système l1 de calcul électronique ce qui permet "d'oublier" les termes anciens. Selon une autre variante, un troisième sous-module M33 détermine l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues par le calcul de la moyenne dite "glissante" qui s'écrit selon la formule mathématique suivante: ER(t) = (1-X2)*ER(t-Te)+ X2*EV(t) (9) dans laquelle Te est la période d'échantillonnage du système de calcul électronique, ER(t-Te) est donc la valeur précédente io calculée par le système du calcul électronique et X2 est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage du système de calcul électronique et de la durée sur laquelle la moyenne est calculée. Selon des étapes supplémentaires, le procédé selon lI'invention permet de déterminer les accélérations longitudinale AL et transversale AT du véhicule 10 des vitesses longitudinale VL et de lacet T. Pour ce faire, le système électronique de calcul utilise les formules mathématiques (3) et (4). Ainsi, le procédé selon l'invention permet de déterminer "l'état routier" du véhicule 10, c'est-à-dire les accélérations longitudinale AL et transversale AT et les vitesses longitudinale VL et de lacet È, uniquement à partir, de l'acquisition et du traitement de signaux wrd et wrg représentatifs de la vitesse de rotation des roues et d'un signal représentatif F de l'activation des moyens de freinage du véhicule. Ces informations sont notamment utilisées à des fins de décision ou d'adaptation des changements des rapports d'une transmission automatique. De plus, la valeur de l'écart relatif ER des rayons de la 3o bande de roulement des roues permet à une unité de contrôle centralisé, non représentée, de détecter une anomalie des pneumatiques. L'anomalie peut notamment résulter d'une crevaison ou de l'usure anormale du pneumatique d'une des deux roues. En effet, si la valeur de l'écart relatif ER devient supérieure à une valeur de seuil S2 déterminée, cela indique une différence de rayons des pneumatiques des roues gauche 20 et droite 22 qui est supérieure à une valeur déterminée qui est fonction de la valeur de seuil S2. L'unité de contrôle centralisé peut alors signaler l'anomalie au conducteur du véhicule 10, notamment par un voyant lumineux ou un signal sonore. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la vitesse longitudinale d'un véhicule (10) comprenant au moins deux roues gauche (22) et droite (20) non motrices appartenant à un même train de roues (18), des moyens de freinage du véhicule et des moyens de calcul, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: - acquisition de données représentatives des vitesses de io rotation wrg et wrd desdites roues (22, 20); détermination des vitesses de rotation wg et wd desdites roues (22, 20); détermination de l'écart relatif EV des vitesses des roues (20, 22) selon l'expression mathématique EV=(wg-wd)/(wg+wd); - détermination, à partir de l'écart relatif EV des vitesses, de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues (22, 20) selon l'expression mathématique ER = (Rd-Rg)/(Rg+Rd) dans laquelle Rg et Rd sont les diamètres réels de la bande de roulement desdites roues (22, 20); - détermination de la vitesse longitudinale VL du véhicule selon l'expression mathématique VL = (Rm/2)*((wd+wg) + ER(wd-wg)) dans laquelle Rm est une valeur constante représentative du rayon moyen de la bande de roulement des roues (20, 22). 2. Procédé de détermination de la vitesse de lacet d'un véhicule (10) du type comprenant au moins deux roues gauche (22) et droite (20) non motrices appartenant à un même train de roues (18), des moyens de freinage du véhicule et des moyens de calcul, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives Jo suivantes: - acquisition de données représentatives des vitesses de rotation wrg et wrd des roues (22, 20); - détermination des vitesses de rotation wg et wd des roues (22, 20); - détermination de l'écart relatif EV des vitesses des roues (20, 22) selon l'expression mathématique EV = (wg-wd)/(wg+wd); - détermination, à partir de l'écart relatif EV des vitesses, de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues (20, 22) selon l'expression mathématique ER = (Rd-Rg)/(Rg+Rd) dans laquelle Rg et Rd sont les diamètres réels de la bande de roulement desdites roues (20, 22); - détermination de la vitesse de lacet T du véhicule selon expression mathématique T = (Rm/L) *((wd-wg) + ER(wd+wg)) 0o dans laquelle Rm est une valeur constante représentative du rayon moyen de la bande de roulement des roues (20, 22), et L est la distance transversale qui sépare les roues gauche (22) et droite (20). 3. Procédé de détermination de la vitesse d'un véhicule (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour déterminer l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues (20, 22) à partir de l'écart relatif EV des vitesses desdites roues (20, 22) on procède de la manière suivante 20. lIorsque la valeur absolue de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues (20, 22) et la valeur de la moyenne EVmoy(t) dudit écart relatif EV, qui est définie par la formule EVmoy(t) = EVmoy(t-Te)*(1-,l)+Xl*EV(t) dans laquelle Te est la période d'échantillonnage des moyens de calcul et Xl est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage, est inférieure à une première valeur de seuil déterminée; et Iorsque les moyens de freinage du véhicule ne sont pas actionnés, I'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues (20, 22) est alors déterminé par la formule mathématique suivante: ER = (iV(t)* dt dans laquelle N est la durée du parcours du véhicule déjà effectué; Iorsque la valeur absolue de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues (20, 22) et la valeur de la moyenne EVmoy(t) dudit écart relatif EV est supérieure ou égal à la valeur de seuil déterminée; ou Iorsque les moyens de freinage du véhicule sont actionnés; io la valeur de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues prise en compte, pour la détermination de VL et ô, est alors la dernière valeur de l'écart relatif ER calculée, pour laquelle la valeur absolue de la différence entre l'écart relatif EV des vitesses des roues (20, 22) et la moyenne dudit écart i5 relatif EVmoy est inférieure à la première valeur de seuil déterminée lorsque les moyens de freinage du véhicule ne sont pas actionnés. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues est calculé en fonction de l'écart relatif EV des vitesses des roues selon l'expression ER(t) = ER(t-Te)*(1-k2) + X2*EV(t), dans laquelle Te est la période d'échantillonnage des moyens de calcul et X2 est un facteur d'oubli qui est fonction de la période d'échantillonnage. 5. Procédé selon la revendication 1, ou selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours d'une étape supplémentaire on dérive la vitesse longitudinale VL par rapport au temps pour déterminer l'accélération longitudinale AL du véhicule. 6. Procédé selon la revendication 2 prise en combinaison avec la revendication 1, ou selon la revendication 3 prise en combinaison avec les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au cours d'une étape supplémentaire on effectue la multiplication de la vitesse longitudinale VL et de la vitesse de lacet À pour obtenir l'accélération transversale AT du véhicule. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la valeur de l'écart relatif ER des rayons de la bande de roulement des roues (20, 22) est supérieure à une seconde valeur de seuil déterminée, une anomalie des pneumatiques est détectée.