Brevet FR2803259A1 — publié le 20010706

Description: L'invention concerne une installation et un pro- cédé de stabilisation d'un train routier composé d'un trac- teur et d'au moins une semi-remorque ou remorque. L'expression " tracteur " au sens de la présente invention peut désigner à la fois un véhicule de tourisme ou un camion. Une remorque dans le sens de la présente invention désigne soit une remorque de camion ou une remorque de véhi- cule de tourisme comme par exemple une caravane. Selon le document DE-OS 25 47 487, on connaît un dispositif pour stabiliser un véhicule composé d'au moins une partie de guidage et d'une partie de poussée. La partie de poussée est reliée à la partie de guidage par une articula- tion. Le dispositif comporte un générateur de valeur de me- sure pour détecter l'angle de flexion produit entre la partie de guidage et la partie de poussée. Il est également prévu un tel générateur de mesure ou capteur pour détecter l'angle de direction. Le dispositif comprend un circuit d'exploitation recevant les signaux des deux capteurs et générant un signal de sortie lorsque l'angle de flexion dépasse certaines gran- deurs angulaires dépendant de l'angle de direction. Ces gran- deurs angulaires correspondent à l'angle de flexion autorisé en fonction de l'angle de direction (angle de braquage) et de la situation de conduite respective. Le dispositif prévoit en outre un appareil pour la commande automatique de la pression de frein sur au moins un essieu de la partie de poussée, ac- tionné en fonction du signal de sortie du circuit d'exploitation. La présente invention a pour but de développer une installation et un procédé de stabilisation du train rou- tier composé d'un tracteur et d'au moins une remorque ou se- mi-remorque. Ce problème est résolu selon l'invention par une installation caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de freinage pour freiner automatiquement la semi-remorque (ou remorque) lors du fléchissement de la semi-remorque (ou re- morque) par rapport au tracteur avec une vitesse de flexion (AT) dont la valeur ou l'amplitude est supérieure à une vi- tesse limite de flexion, prédéterminée (AÈlim). L'invention concerne également un procédé carac- térisé en ce qu'on freine la semi-remorque (ou remorque) si la semiremorque (ou remorque) fléchit par rapport au trac- teur avec une vitesse de flexion (AT), supérieure à une vi- tesse limite de flexion (A'lim) prédéterminée. Pour stabiliser un train routier formé d'un trac- teur et d'au moins une remorque ou semi-remorque, on freine la remorque ou la semi-remorque (de manière automatique) lorsque la remorque ou semiremorque fléchit par rapport au tracteur avec une vitesse de flexion dont la valeur ou l'amplitude est supérieure à une vitesse de flexion limite, prédéterminée. On freine notamment la remorque ou semi-remorque dans les conditions suivantes: A? > ATlim, si A? > 0 ou AT A? représente la vitesse de flexion de la remorque ou semi- remorque par rapport au tracteur, AI]im représente la vitesse de flexion limite de la remorque ou semi-remorque par rapport au tracteur et A? représente l'angle de flexion de la remorque ou semi- remorque par rapport au tracteur. L'angle de flexion de la remorque ou semi-remorque par rapport au tracteur est définie comme différence At = Tz - ta avec 'z: angle de lacet du tracteur T'a: angle de lacet de la remorque ou semi-remorque. La me- sure de l'angle de flexion se fait par exemple selon les moyens décrits dans le document DE-OS 25 47 487. Par le freinage automatique de la remorque ou se- mi-remorque lorsque la remorque ou semi-remorque fléchit par rapport au tracteur avec une vitesse de flexion supérieure à une vitesse limite de flexion, prédéfinie, on arrive à une meilleure stabilisation du train routier composé du tracteur et de la remorque ou semi-remorque. Il existe un ordre de freinage principal, par exemple l'actionnement du frein par le conducteur du train routier de sorte que la remorque ou semiremorque dans le sens de l'invention seront considérées comme freinées dans le sens de l'invention seulement si leur freinage est plus fort que celui appliqué au tracteur. Selon un développement dans les conditions sui- vantes: A > AT, si AT > 0 ou AT mieux stabiliser encore le train. On améliore encore la stabilisation de train rou- tier selon un développement de l'invention, en ce qu'on freine la remorque ou semi-remorque si en plus la remorque ou semi-remorque sont soumises à une force latérale agissant dans le sens de l'augmentation de l'angle de flexion ou si l'angle de marche en biais ou de flexion ont le même signe algébrique. La saisie de la force latérale et de l'angle de marche en biais est par exemple décrite dans les documents DE 40 26 627 Al et DE 40 30 653 Al. La force latérale est la grandeur à exploiter de manière proprement dite. Comme la dé- termination de la force latérale n'est toutefois possible qu'avec une mise en oeuvre de moyens relativement importants, on utilise non pas l'angle de marche en biais mais une gran- deur de remplacement. Pour cela on détermine un angle de mar- che en biais pour la remorque ou la semi-remorque. Il est également connu d'utiliser des capteurs de force de pneu dits capteurs de paroi latérale. Il s'agit de pneumatiques de véhicule ayant sur leur paroi latérale des surfaces magnétiques intégrées par vulcanisation. Ces surfa- ces magnétiques passent devant des capteurs inductifs lors de la rotation du pneumatique générant ainsi des signaux élec- triques. Pour une exploitation appropriée, on peut déterminer à partir de ces signaux, entre autre les forces latérales ré- gnant dans les différents pneumatiques. Si une information concernant la face latérale est disponible, le procédé ou le dispositif selon l'invention peuvent être simplifiés car il n'est pas nécessaire d'avoir alors un capteur d'angle de flexion. L'angle de flexion se détermine alors de la manière suivante: à partir de la force latérale, on détermine la vitesse de lacet de la remorque (semi-remorque). Pour cela, à côté de la force latérale agis- sant sur la remorque, on détermine également l'angle de flot- tement du tracteur, l'angle de flexion (correspondant à l'étape précédente), la vitesse de lacet du tracteur et les différentes grandeurs géométriques. A partir de la vitesse de lacet de la remorque et de celle du tracteur (mesurées avec le capteur de vitesse de lacet) on détermine la vitesse de flexion. A partir de la vitesse de flexion, par intégration on calcule l'angle de flexion. Cette valeur de l'angle de flexion est prise en compte dans l'étape suivante. Selon un autre développement de l'invention, on freine la remorque ou semi-remorque dans les conditions sui- vantes: qz > Y,si AT> 0 ou Tz -z: vitesse de lacet de consigne du tracteur. Un calcul donné à titre d'exemple de la vitesse de lacet de consigne du tracteur à partir de la vitesse du train routier et de l'angle de braquage est décrit dans l'article intitulé " FDR- die Fahrdynamikreglung von Bosch ", par A. Van Zanten, R. Erhardt et G. Pfaff dans le périodique ATZ Automobiltechnische Zeitschrifft 96, (1994) 11, pages 674 à 689 et l'article " Vehicle Dynamics Controler for Commer- cial Vehicles " par F.Hecker, S.Hummel, O.Jundt, K.-D. Leim- bach, I.Faye, H.Schramm, SAE-Paper 973284. Selon un développement particulièrement avanta- geux de l'invention, l'opération de freinage est notamment arrêtée directement après un changement de signe algébrique de la vitesse de flexion. Ce moyen permet une stabilisation particulièrement bonne du train routier. Par l'exploitation de la vitesse de flexion, on évite que le véhicule ne rede- vienne instable à cause d'une intervention prolongée. En variante, on examine si la valeur de la vi- tesse de flexion se trouve dans une petite plage autour de 0. Cette plage est définie par une petite valeur KGl, c'est-à- dire que la plage correspond à l'intervalle -KG1, +KGl. En conséquence, le freinage de la remorque ou de la semi- remorque est arrêté si pour la vitesse de flexion positive, cette vitesse est inférieure à +KG1 ou pour des vitesses de flexion négatives, la vitesse est supérieure à -KGl. Une réalisation particulièrement avantageuse pré- voit d'utiliser avec le procédé selon l'invention une stabi- lisation de véhicule telle que décrite dans " FDR- die Fahrdynamikreglung von Bosch ", par A. Van Zanten, R. Erhardt et G. Pfaff dans le périodique ATZ Automobiltechnische Zeits- chrifft 96, (1994) 11, pages 674 à 689 et l'article " Vehicle Dynamics Controler for Commercial Vehicles " par F.Hecker, S.Hummel, O.Jundt, K.-D. Leimbach, I.Faye, H.Schramm, SAE- Paper 973284. Selon un autre développement avantageux de l'invention, on freine de manière essentiellement identique des deux côtés une remorque ou semi-remorque. Selon un développement avantageux, le véhicule tracteur est équipé de capteurs comme ceux utilisés dans le cadre de la dynamique de roulement (voir à cet effet le docu- ment " Vehicle Dynamics Controler for Commercial Vehicles " par F.Hecker, S.Hummel, O.Jundt, K.-D. Leimbach, I.Faye, H.Schramm, SAE-Paper 973284). De plus le train routier com- porte un capteur d'angle de flexion. La force latérale est évaluée par exemple en fonction de la vitesse de lacet et de l'angle de flottement du tracteur ainsi qu'en tenant compte de différentes grandeurs géométriques. Selon une variante de réalisation, le tracteur est équipé de capteurs utilisés dans le cadre de la régula- tion de la dynamique de roulement. Le train routier ne com- porte pas de capteur d'angle de flexion mais des capteurs de force de pneumatiques. Partant des signaux fournis par ces capteurs de force de pneumatiques, on évalue l'angle de flexion comme cela a été indiqué ci-dessus. Selon une autre variante de réalisation, le train routier est muni à la fois d'un capteur d'angle de flexion et de capteurs de force de pneumatiques. L'invention est prévue pour des installations de freinage hydraulique, électrohydraulique, pneumatique, élec- tropneumatique ou électromécanique. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - La figure 1 montre la trajectoire d'un train routier formé d'un tracteur et d'une semi-remorque, - La figure 2 montre l'angle de flexion et la vitesse de la- cet du tracteur en fonction du temps, - La figure 3 montre la trajectoire d'un train routier com- posé d'un tracteur et d'une semi-remorque utilisé selon l'invention, - La figure 4 montre un exemple de réalisation de l'invention, - La figure 5 montre la vitesse de lacet du tracteur et la vitesse de lacet de consigne de celui-ci, - La figure 6 montre l'angle de flexion et l'angle de flexion de consigne, - La figure 7 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue avant gauche du tracteur, - La figure 8 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue avant droite du tracteur, - La figure 9 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue arrière gauche du tracteur, - La figure 10 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue arrière droite du tracteur, - La figure 11 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue gauche de la semi-remorque, - La figure 12 montre la pression de frein et sa valeur de consigne pour la roue droite de la semi-remorque La figure 1 montre la trajectoire d'un train rou- tier 3 composé d'un tracteur 1 et d'une semi-remorque 2. Les abscisses X et les ordonnées Y sont à l'échelle du mètre m. Le train routier 3 est une semi-remorque vide d'une masse de tonnes. Le coefficient d'adhérence est de 0,2. La vitesse de départ du véhicule est de 50 km/h. Après 0,5 secondes, il y a un braquage de 0,052 rad avec une vitesse de 0,052 rad/s. De plus le véhicule à semi-remorque est accéléré brièvement. Le tracteur 2 comporte quatre roues. Une roue avant gauche et une roue avant droite ainsi qu'une roue arrière gauche et une roue arrière droite. La semi-remorque 3 comporte deux roues. Selon la figure 1, après environ 80 mètres, le train routier 3 devient instable et le tracteur 1 fléchit. L'instabilité du train routier est également explicitée à la figure 2. Cette figure 2 montre l'angle de flexion AT et la vitesse de lacet 'z (rad/s) du tracteur 1 en fonction du temps. Il apparaît clairement que l'angle de flexion AT et la vitesse de lacet qz du tracteur augmentent de manière in- contrôlée après environ cinq secondes. La figure 3 montre la trajectoire du train rou- tier 3 formé du tracteur 1 et de la semi-remorque 2 dans les mêmes conditions mais en application de l'invention. Le trac- teur 1 est équipé en plus d'une régulation de la dynamique de roulement Bosch (marque déposée) comme celle décrite par exemple dans les articles " FDR- die Fahrdynamikreglung von Bosch ", par A. Van Zanten, R. Erhardt et G. Pfaff dans le périodique ATZ Automobiltechnische Zeitschrifft 96, (1994) 11, pages 674 à 689, et " Vehicle Dynamics Controler for Com- mercial Vehicles " par F.Hecker, S.Hummel, O.Jundt, K.-D. Leimbach, I.Faye, H.Schramm, SAE-Paper 973284. La remorque ou semiremorque est freinée selon l'exemple de réalisation dans les conditions suivantes: A' > Alîim, si AT > 0 et * AT > AT, si AT > O ou A AIlim: vitesse de flexion limite de la remorque ou semi- remorque par rapport au tracteur, AT: angle de flexion de la remorque ou de la semi-remorque par rapport au tracteur, et AT:I angle de flexion de la remorque ou semi-remorque par rapport au tracteur. La vitesse de flexion limite est enregistrée dans l'appareil de commande sous la forme d'une courbe caractéris- tique ou d'un champ de caractéristiques (courbe caractéristi- que à plusieurs dimensions). La courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques se détermine au préalable, c'est-à- dire dans le cadre de l'application par des essais de roule- ments et des considérations théoriques. Pour cela, on ex- ploite le comportement du véhicule dans différentes situations de roulement (différentes vitesses du véhicule, différents angles de direction, coefficient d'adhérence de la chaussée) dans le cadre des valeurs s'établissant alors pour la vitesse limite de flexion; on détermine les valeurs de la vitesse limite de flexion qui caractérisent une amorce d'instabilité du train routier ou pour lesquelles le train routier commence à se comporter de manière instable. Ces valeurs sont alors enregistrées sous la forme d'une courbe caractéristique ou d'un champ de caractéristi- que. Pendant le fonctionnement du véhicule, on détermine en permanence les grandeurs: vitesse du véhicule ou angle de braquage ou coefficient d'adhérence de la chaussée servant de grandeurs d'entrée pour la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques. En fonction de ces grandeurs d'entrée, on détermine alors la vitesse de flexion, limite " adaptée " à chaque situation de conduite. La figure 4 montre un ordinogramme d'un tel pro- cédé. Tout d'abord, dans l'étape 10, on enregistre une valeur de l'angle de flexion AT. On différentie cette valeur (étape ) pour obtenir la vitesse de flexion AT. En variante, on mesure la vitesse de flexion AI et on l'enregistre dans l'étape 10. Puis on définit la valeur de consigne AI de l'angle de flexion. La valeur de consigne de l'angle de flexion est formée en fonction des grandeurs suivantes: grandeur géométrique (longueur de la remorque ou du trac- teur; position du centre de gravité du tracteur ou de la re- morque; distance entre le pivot du tracteur et l'essieu arrière du tracteur), masses (masse du tracteur et de la re- morque ou semi-remorque), rigidité latérale des différents essieux du train routier (il s'agit ici entre autre de la ri- gidité des pneumatiques), vitesse longitudinale du train rou- tier ainsi que de l'angle de direction commandé par le conducteur. L'étape 10 est suivie par l'interrogation 11 pour déterminer si AT > 0 Si cette condition est satisfaite, on passe à l'interrogation 20. Mais si cette condition n'est pas satis- faite, on passe à l'interrogation 21. L'interrogation 20 concerne l'inégalité sui- vante: a > 0 ou (et/ou) Fs > 0 Dans ces relations a est l'angle de marche en biais et Fs la force latérale. Si la condition demandée n'est pas satis- faite, on exécute de nouveau l'étape 10. Si la condition de- mandée est satisfaite, on passe à l'interrogation 22 qui demande si Ad > AWlim Si cette condition n'est pas satisfaite, on exé- cute de nouveau l'étape 10. Au contraire, si la condition est satisfaite, on passe à l'interrogation 24 suivante: AT > AT ou (et/ou) si qjz > Y L'interrogation concernant l'inégalité: * AW > AT est à classer avec les interrogations précédentes concernant un " Anti-Jacknifing ". Ainsi, dans cette opération, on ex- ploite l'angle de marche en biais (ou la force latérale) de la vitesse de flexion et l'angle de flexion. L'interrogation suivante: Tjz> z est combinée aux interrogations précédentes d'une opération anti-surbraquage. Ainsi, dans cette opération d'anti- surbraquage on exploite l'angle de marche en biais ou la force latérale, la vitesse de flexion et la vitesse de lacet du tracteur. Si les conditions de l'interrogation 24 ne sont pas satisfaites, on exécute de nouveau l'étape 10. Si ces conditions sont satisfaites, on freine la remorque 2 (étape 13). Par l'interrogation 21, on demande si a Si cette condition n'est pas satisfaite, on exé- cute de nouveau l'étape 10. Au contraire, si la condition est satisfaite, on passe à l'interrogation 25 concernant la ques- tion suivante * AT ou (et/ou) si Il -Z L'interrogation concernant l'inégalité * AT est combinée aux interrogations précédentes concernant le " Anti-Jacknifing ". L'interrogation concernant l'inégalité PZ concernant un anti-surbraquage. Si les conditions de l'interrogation 25 ne sont pas satisfaites, on exécute de nouveau l'étape 10. Si ces conditions sont satisfaites, on freine la semi-remorque 2 (étape 13). Selon une variante de réalisation, on peut sup- primer l'interrogation 20 ou 21 et/ou l'interrogation 24, 25. L'étape 13 est suivie par une interrogation 14 pour déterminer s'il y a eu un changement de signe algébrique de la vitesse de flexion. En l'absence de changement de signe algébrique de la vitesse de flexion, on continue de freiner la semi-remorque. L'opération de freinage s'arrête toutefois (étape 15) en cas de changement de signe algébrique de la vi- tesse de flexion. Puis on exécute de nouveau l'étape 10. L'ordinogramme de la figure 4 est par exemple implémenté dans une installation de calcul (moyen de freinage). Comme le montre la figure 3, l'invention convient tout particulièrement pour stabiliser un train routier 3 com- posé d'un tracteur 1 et d'une semi-remorque 2. La figure 5 montre la vitesse de lacet Yz du tracteur 1 et la vitesse de giration de consigne '-z du trac- teur 1 par rapport à la trajectoire du train 3 représentée à la figure 3 en fonction du temps (t). Pendant que la vitesse de lacet 'z du tracteur 1 augmente de manière incontrôlée en l'absence de l'invention (voir figure 2), la procédure de l'invention stabilise le tracteur 1 après 6 secondes: la vi- tesse de lacet 'z du tracteur 1 diminue et se rapproche de sa valeur de consigne qzÀ La même remarque est vraie comme le montre la fi- gure 6 également pour l'angle de flexion AP. L'angle de flexion AY n'augmente plus après environ 6 secondes mais se stabilise au niveau de sa valeur de consigne AT Les figures 7 à 12 montrent les pressions de frein des roues du train routier 3. La figure 7 montre la * pression de frein Pzvl et sa valeur de consigne Pzvl de la roue avant gauche du tracteur 2. La figure 8 montre la pres- sion de frein Pzvr (en trait interrompu) et sa valeur de con- signe Pzvr (en trait plein) de la roue avant droite du tracteur 2; la figure 9 montre la pression de frein Pzhl et sa valeur de consigne Pzhl de la roue arrière gauche du tracteur 2; la figure 10 montre la pression de frein Pzhr et * sa valeur de consigne Pzhr de la roue arrière droite du tracteur 2. La figure 11 montre la pression de frein Pal (en trait interrompu) et sa valeur de consigne Pal (trait plein) de la roue gauche de la semi-remorque 2; la figure 12 montre la pression de frein Par (en trait interrompu) et sa valeur * de consigne Par (en trait plein) de la roue droite de la se- mi-remorque 2. Selon les figures 7, 9, 10, la roue avant gauche, la roue arrière gauche et la roue arrière droite du tracteur 2 ne sont pas freinées. Au contraire, la roue avant droite du tracteur 2 est freinée après environ 5 secondes. Cet ordre de freinage de la roue avant droite du tracteur 1 provient de la régulation de la dynamique de roulement (FDR). Comme le mon- trent les figures 11 et 12, les deux roues de la semi- remorque 3 sont freinées de manière égale. L'ordre de frei- nage se produit toujours lorsque la vitesse de flexion AT est supérieure à une vitesse de flexion limite prédéterminée ASlim et en même temps si l'angle de flexion AI entre le tracteur 2 et la remorque 3 est plus grand qu'un angle de flexion de consigne AI prédéterminé. L'opération de frei- nage est arrêtée immédiatement après un changement de signe algébrique de la vitesse de flexion AT. La fréquence de commutation importante représen- tée aux figures 11 et 12 de la pression de frein peut être diminuée par une hystérésis appliquée à la vitesse limite de flexion. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Installation de stabilisation d'un train routier (3) com- posé d'un tracteur (1) et d'au moins une semi-remorque (2) ou remorque, caractérisée en ce qu' elle comprend des moyens de freinage pour freiner automati- quement la semi-remorque (2) (ou remorque) lors du fléchisse- ment de la semi-remorque (2) (ou remorque) par rapport au tracteur (1) avec une vitesse de flexion (A') dont la valeur ou l'amplitude est supérieure à une vitesse limite de flexion, prédéterminée (AÈlim). 2 ) Installation de stabilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de freinage automatique de la semi-remorque (2) (ou remorque), lors de la flexion de la semi-remorque (2) (ou remorque) par rapport au tracteur (1), freinent la semi- remorque (2) (ou la remorque) si l'on a: A > A'lim, si AT > 0 ou Aq AI: vitesse de flexion de la semi-remorque (2) (ou remor- que) par rapport au tracteur (1), (AYlim): vitesse limite de flexion d'un semi-remorque (2) (ou remorque) par rapport au tracteur (1) et AT: angle de flexion de la semi-remorque (2) (ou remorque) par rapport au tracteur (1). 3 ) Installation de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le moyen de freinage freine la semi-remorque (2) (ou remor- que) si * A > AT, si AT > 0 ou AT A: angle de flexion de consigne prédéterminé. 4 ) Installation de stabilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de freinage freinent la semi-remorque (2) (ou re- morque) si en plus une force latérale agit sur la semi- remorque (2) (ou remorque) dans le sens d'une augmentation de l'angle de flexion (AT) ou si l'angle de marche en biais et l'angle de flexion ont le même signe algébrique. ) Installation de stabilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de freinage freinent la semi-remorque (2) (ou re- morque) si Iz > Y,si A? > 0 ou * z z: vitesse de lacet de consigne du tracteur (1). 6 ) Installation de stabilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de freinage arrêtent l'opération de freinage no- tamment directement après un changement de signe algébrique de la vitesse de flexion (AT). 7 ) Procédé de stabilisation d'un train routier (3) composé d'un tracteur (1) et d'au moins une semi-remorque (2) ou re- morque, notamment à l'aide d'une installation de stabilisa- tion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' on freine la semi-remorque (2) (ou remorque) si la semi- remorque (2) (ou remorque) fléchit par rapport au tracteur (1) avec une vitesse de flexion (AT), supérieure à une vi- tesse limite de flexion (APlim) prédéterminée. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on freine la semi-remorque (2) (ou remorque) si en plus l'angle de flexion (AT) entre le tracteur (1) et la semi- remorque (2) (ou remorque) est supérieur à un angle de * flexion de consigne (Ai) prédéterminé. 9 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on freine la semi-remorque (2) (ou remorque) si en plus la semi-remorque (2) (ou remorque) subit une force latérale agissant dans le sens de l'augmentation de l'angle de flexion (AT) ou si l'angle de marche en biais et l'angle de flexion (AF) ont le même signe algébrique. ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on arrête l'opération de freinage notamment directement après un changement de signe algébrique de la vitesse de flexion (AT)-