Brevet FR2807836A1 — publié le 20011019

La présente invention se rapporte aux systèmes de contrôle de stabilité d'un véhicule, popularisés sous la désignation ESP . . Dans le développement des systèmes de sécurité pour l'automobile, il faut être capable de reconstituer et d'estimer en temps réel le comportement du véhicule. C'est la base des systèmes de contrôle de stabilité appelés ESP. Ces systèmes reposent pour le moment, entre autres choses, sur l'observation des déplacements du véhicule par l'installation de capteurs pour la mesure de l'accélération transversale du véhicule et pour la mesure de la vitesse de lacet du véhicule. En roulage dans de bonnes conditions de sécurité, c'est à dire tant que la stabilité du véhicule n'est pas compromise, le véhicule obéit aux commandes du pilote. Lorsque le pilote, essentiellement par ses actions sur le volant, amène le véhicule au delà des conditions maintenant sa stabilité, va apparaitre un survirage ou un sous virage du véhicule. Le véhicule vire, c'est à dire se déplace en lacet, plus que souhaité par le pilote (survirage), ou moins que souhaité par le pilote (sous virage). A partir d'un modèle mathématique du pneu et d'un modèle mathématique du véhicule, et sur la base de mesures délivrées par des capteurs observant les actions du pilote du véhicule (angle au volant, sollicitation des freins, de l'accélérateur) de capteurs de vitesse des roues, et à partir des mesures d'accélération transversale et de vitesse de lacet, un système ESP calcule en permanence les efforts au centre des roues, et estime le potentiel d'adhérence de la route en fonction de l'accélération transversale. En outre, le système ESP évalue le comportement du véhicule, le compare dans un premier temps au comportement désiré par le conducteur, et corrige s'il détermine que le véhicule ne s'inscrit pas dans une trajectoire stable. Or l'utilisation des modèles pneu peut introduire un certain nombre d'approximations dans le modèle. En outre, le fait de baser un système de contrôle sur les déplacements du véhicule induit nécessairement un déclenchement tardif parce que ne pouvant réagir qu'après un retard fonction de l'inertie du véhicule. On entend par là qu'un système ESP, parce que, dans sa régulation, tient compte des mesures d'accélération transversale et de vitesse de lacet du véhicule, doit d'abord constater (par la mesure) ce qu'est le déplacement du véhicule avant de conclure que le déplacement est dans le domaine de stabilité ou non, et agir sur les actionneurs du véhicule en conséquence. Les actionneurs en question sont principalement les freins du véhicule, commandés dans ce cas roue par roue et en dehors de l'action volontaire du pilote, et la puissance motrice, que l'on peut diminuer automatiquement en agissant sur la gestion du moteur thermique dans le cas à l'heure actuelle le plus courant. L'invention a pour objectif de s'affranchir totalement de l'inertie d'un véhicule, pour pouvoir agir sur les actionneurs appropriés de façon à maintenir le véhicule dans une trajectoire stable, conforme aux ordres du pilote. L'invention propose une méthode de régulation d'un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, le système étant pourvu d'actionneurs pour agir sur le couple (moteur ou freineur) appliqué aux roues, comprenant les étapes suivantes # Relever en temps réel les poussées transversales Y agissant au centre de chacune des roues avant et arrière, # Relever en temps réel l'angle au volant, # Calculer, en temps réel, le gain de la vitesse de lacet par rapport à la vitesse de sollicitation du volant, # Si le gain de la vitesse de lacet est inférieur à un premier seuil bas, commander les actionneurs pour augmenter le braquage du véhicule, et si le gain de la vitesse de lacet est supérieur à un premier seuil haut, commander les actionneurs pour diminuer le braquage du véhicule. On entend par le gain de la vitesse de lacet le rapport entre la variation de la vitesse de lacet et la variation d'angle au volant. Si le gain de la vitesse de lacet est inférieur à un premier seuil bas, on considère que le véhicule devient dangereusement sous-vireur. La correction a pour but de l'aider à virer. Si le gain de la vitesse de lacet est supérieur à un premier seuil haut, on considère que le véhicule devient dangereusement survireur. La correction a pour but de l'empêcher de trop virer. L'invention propose une méthode de régulation d'un système de contrôle de stabilité du véhicule basée sur les efforts existant au centre de chaque roue d'un véhicule. En effet, les actions du pilote, que ce soit en braquage, accélération ou freinage, vont se traduire par des efforts (variations d'efforts) transmis par les pneus au sol. Selon que ces variations d'efforts sont cohérentes par rapport aux ordres du pilote, ou ne le sont pas, on peut conclure que le véhicule est stable, ou ne l'est plus. En partant des efforts au sol, on se trouve à la source des déplacements à venir. De la sorte, il est possible de corriger la trajectoire du véhicule bien plus tôt et un système ESP doit gagner en finesse de correction. La sécurité y gagne et le confort de l'automobiliste et de ses passagers est renforcé. Par ailleurs, la détection des mouvements de lacet et d'accélération transversale nécessite des capteurs coûteux (pour la vitesse de lacet) et nécessite d'avoir calibré des seuils de déclenchement, d'avoir intégré les seuils dans la régulation du système. Dès lors, on ne peut tenir compte par exemple d'un potentiel d'adhérence différent amené par des pneus différents. L'estimation de critères de stabilité en temps réel, sur la base d'efforts au sol, permet de s'affranchir ou d'amoindrir ces inconvénients. Ce qui cause la perte de stabilité du véhicule est principalement le fait que les pneumatiques ne sont plus en mesure de corriger la trajectoire, vu le mouvement du véhicule. Quelle que soit la poussée générée par les pneus, la poussée ne pourra jamais rattraper le dérapage. Cela peut être dû à une faible adhérence (route mouillée, verglas, neige, sable, feuilles mortes), au fait que le pneu est utilisé par le pilote dans des conditions non prévues (pneu à plat ou sous gonflé), ou au fait que le véhicule s'est immédiatement mis dans des conditions de dérive trop importante, qui dépassent les limites physiques du pneumatique. Il est très difficile d'estimer à la fois l'adhérence, l'état du pneumatique et sa capacité à encore fournir un effort supplémentaire. En revanche, on peut instrumenter les paliers de suspension comme proposé dans la demande de brevet FR 99/10387, déposée le 9 août 1999. En variante, le pneumatique lui-même est équipé de capteurs d'efforts du pneu au sol. On peut par exemple procéder à une mesure comme expliqué par le brevet DE 39 37 966. Par exemple, un élément magnétique peut être incorporé dans un pain ou une nervure sacrifiée, à un endroit tel que cet élément subisse un déplacement relatif par rapport à des capteurs à effet Hall placés dans le pneumatique lorsque ledit pain ou nervure sacrifiée est soumis à un effort tangentiel ou à un effort normal. Les capteurs à effet Hall sont disposés de façon à mesurer le déplacement de l'élément magnétique au minimum sous l'effet d'un effort tangentiel appliqué à la surface du pain ou de la nervure sacrifiée, voire à mesurer en plus son déplacement, de façon distincte, sous l'effet d'un effort normal appliqué à ce pain ou cette nervure sacrifiée. En alternative, on pourrait aussi effectuer une mesure comme enseigné par le brevet US 5,864,056 ou US 5,502,433. Sur la base des efforts mesurés par l'une ou l'autre des méthodes ci-dessus, et à partir d'équations d'équilibre d'une liaison au sol, on peut donc facilement calculer les efforts au centre de chaque roue. On dispose en temps réel des 3 efforts X, Y et Z. On peut, par ailleurs, se débarrasser des capteurs de vitesse de lacet et d'accélération transversale de la façon suivante. On estimation les gains suivants 0 le gain de la vitesse de lacet # le gain de la vitesse de dérive # le gain de l'accélération transversale avec W est l'angle de lacet du véhicule, 8 est l'angle de dérive du véhicule, yt est l'accélération transversale du véhicule. ac est l'angle de braquage d'une roue, les différents gains étant donc exprimés par rapport à la vitesse de braquage des roues. Pour simplifier l'exposé, on considère ci-dessous un véhicule bicycle. On ramène au centre de chaque essieu les poussées transversales s'exerçant au niveau des roues de chaque essieu considéré. L'homme du métier sait que c'est une approche courante et sait, au besoin, ce qu'il faut faire pour traiter des véhicules à essieux de roues. Les équations du bicycle sont # MV (@+ rV) YAv + YArr (1) où M est la masse du véhicule, V la vitesse longitudinale du véhicule, YA, la poussée transversale sur l'essieu avant, YAK la poussée transversale sur l'essieu arrière, l'équation (1) exprimant que les poussées transversales équilibrent l'accélération transversale, # IZ yr I,YAv -l2YArr (2) où IZ est l'inertie de lacet, Il la distance de l'essieu avant au centre de gravité, 12 la distance de l'essieu arrière au centre de gravité, l'équation (2) exprimant l'équilibre des moments. On peut introduire l'angle de braquage d'une roue dans les dérivées temporelles suivantes On suppose que l'on peut mesurer à chaque instant les poussées transversales Y pour toutes les roues, les variations desdites poussées Y, et les variations d'angle au volant. Par remplacement dans l'équation (2) de l'expression (4), on exprime le gain de la vitesse de lacet en fonction des efforts d'où l'on déduit immédiatement soit le gain de la vitesse de lacet par rapport à la vitesse de braquage des roues. Pour faire un lien avec la perception subjective du conducteur, on propose de remonter aux gains au volant (oc,, étant l'angle de braquage du volant) en introduisant la démultiplication de la commande de direction : av ac x n . Le gain de vitesse de lacet devient On a déterminé expérimentalement que la zone habituelle de conduite d'un conducteur est comprise dans la fourchette suivante On propose de déclencher un système de contrôle de trajectoire dès que le gain de la vitesse de lacet en fonction de l'angle au volant (voir équation (6)) est trop faible (sous virage) ou trop fort (sur - virage). Le critère de stabilité ainsi proposé exprime le fait que le véhicule reste stable tant que le gain reste borné. Dans un autre mode de réalisation, on peut établir pour critère le gain d'accélération transversale en fonction de l'angle au volant. De l'équation (1), en différenciant par rapport à l'angle de roue, on déduit En introduisant le gain de la vitesse de lacet dans l'équation ci-dessus, on obtient soit l'expression du gain de vitesse de dérive. En additionnant les deux gains, on trouve le gain d'accélération transversale par rapport à la vitesse de braquage des roues Pour faire un lien avec la perception subjective du conducteur, comme ci-dessus, on remonte aux gains au volant (a,, étant l'angle de braquage du volant) en introduisant la démultiplication de la commande de direction : av = ac x n . Le gain d'accélération transversale devient On propose de déclencher un système de contrôle de trajectoire dès que le gain de l' accélération transversale en fonction de l'angle au volant (voir équation (7)) est trop faible (sous - virage) ou trop fort (sur - virage). Le critère de stabilité ainsi proposé exprime le fait que le véhicule reste stable tant que le gain reste borné. C'est pourquoi l'invention s'étend à une méthode de régulation d'un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, le système étant pourvu d'actionneurs pour agir sur le couple (moteur ou freineur) appliqué aux roues, comprenant les étapes suivantes # Relever en temps réel les poussées transversales Y agissant au centre de chacune des roues avant et arrière, # Relever en temps réel l'angle au volant, # Calculer, en temps réel, le gain d'accélération transversale par rapport à la vitesse de sollicitation du volant, # Si le gain d'accélération transversale est inférieur à un premier seuil bas, commander les actionneurs pour augmenter le braquage du véhicule, et si le gain d'accélération transversale est supérieur à un premier seuil haut, commander les actionneurs pour diminuer le braquage du véhicule. Bien entendu, les gains en vitesse de lacet et en accélération transversale sont des expressions différentes du même phénomène physique. On pourrait de façon équivalente construire un critère comparable à partir du gain en vitesse de dérive. REVENDICATIONS 1. Méthode de régulation d'un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, le système étant pourvu d'actionneurs pour agir sur le couple (moteur ou freineur) appliqué aux roues, comprenant les étapes suivantes # Relever en temps réel les poussées transversales Y agissant au centre de chacune des roues avant et arrière, # Relever en temps réel l'angle au volant, # Calculer, en temps réel, le gain de la vitesse de lacet par rapport à la vitesse de sollicitation du volant, # Si le gain de la vitesse de lacet est inférieur à un premier seuil bas, commander les actionneurs pour augmenter le braquage du véhicule, et si le gain de la vitesse de lacet est supérieur à un premier seuil haut, commander les actionneurs pour diminuer le braquage du véhicule. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le premier seuil bas est 0.1 et le premier seuil haut est 0.5. 3. Méthode de régulation d'un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, le système étant pourvu d'actionneurs pour agir sur le couple (moteur ou freineur) appliqué aux roues, comprenant les étapes suivantes # Relever en temps réel les poussées transversales Y agissant au centre de chacune des roues avant et arrière, # Relever en temps réel l'angle au volant, # Calculer, en temps réel, le gain d'accélération transversale par rapport à la vitesse de sollicitation du volant, # Si le gain d'accélération transversale est inférieur à un premier seuil bas, commander les actionneurs pour augmenter le braquage du véhicule, et si le gain d'accélération transversale est supérieur à un premier seuil haut, commander les actionneurs pour diminuer le braquage du véhicule.