Brevet FR2813050A1 — publié le 20020222

Procédé et système de régulation de la vitesse d'un véhicule automobile. La présente invention concerne d'une manière générale la régulation de la vitesse d'un véhicule automobile, dans lequel la vitesse du véhicule est maintenue égale à une vitesse de consigne déterminée. La consommation de carburant d'un véhicule automobile est un paramètre important pour le choix du véhicule, ainsi que pour son exploitation. Pour un même véhicule, on constate cependant que la consommation varie sensiblement selon le conducteur. Chaque personne gère en effet de façon différente les passages des rapports de la transmission, la vitesse de croisière du véhicule ainsi que les diverses phases d'accélération et de freinage. On a déjà prévu d'équiper un véhicule automobile d'un dispositif régulateur de vitesse capable d'automatiser la conduite lorsqu'il est mis en oeuvre, supprimant ainsi les différences de conduite des conducteurs et assurant une utilisation optimale du véhicule. D'une manière générale, le conducteur choisit la vitesse de consigne à laquelle il souhaite que le véhicule se déplace et le régulateur de vitesse maintient cette vitesse de consigne quelles que soient les conditions extérieures. Une telle régulation de vitesse peut avoir une fonction de confort pour les véhicules particuliers et peut devenir un outil de productivité pour les poids lourds. Un tel régulateur de vitesse, bien que très efficace dans la plupart des situations, présente cependant l'inconvénient d'augmenter considérablement la consommation de carburant dans certains cas. En effet, la vitesse de consigne prévue par le conducteur est généralement la vitesse maximale légale autorisée. Cette vitesse, qui est facilement maintenue sur une route plane, entraine en cas de dénivellation dans le sens de la montée, une injection de carburant de plus en plus importante pour maintenir la vitesse de consigne. On connaît, par la demande de brevet japonais JP 8295154 (MITSUBISHI MOTORS), un dispositif de régulation de vitesse monté sur un véhicule équipé d'une boîte de vitesses automatique et associé à un capteur capable de détecter la valeur de la dénivellation de la route. En cas de montée, la vitesse de consigne fournie au dispositif régulateur de vitesse est diminuée d'une quantité fixe de 10 km/h de façon à réduire la consommation tout en restant proche de la vitesse de consigne choisie par le conducteur. Bien qu'une telle réalisation aille dans le sens d'une amélioration, on constate néanmoins que rien n'est prévu dans le cas où la vitesse de consigne ne pourrait pas être atteinte physiquement par le véhicule, ce qui peut être le cas selon la dénivellation rencontrée, si le véhicule est en pleine charge. En réalité, les dispositifs et procédés connus ne sont pas adaptés à certains véhicules de tourisme de faible puissance ou à des véhicules utilitaires, comme des camions, dont la masse peut varier de 7 tonnes, lorsque le tracteur est seul, à 40 tonnes en pleine charge. La présente invention a donc pour objet un procédé et un dispositif de régulation de vitesse qui permettent de prendre en compte à la fois la dénivellation de la route et la charge du véhicule sans entraîner de surconsommation par rapport à une conduite manuelle dénuée de régulation de vitesse. Dans le procédé de régulation selon l'invention de la vitesse d'un véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur comportant une boîte de vitesses, la vitesse du véhicule est maintenue, lors d'un déplacement sans dénivellation, égale à une vitesse de consigne déterminée, et modifiée lors d'un déplacement en dénivellation, en tenant compte de la consommation de carburant du véhicule. Selon l'invention, on détermine à chaque instant une vitesse optimale du véhicule en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule et on remplace la vitesse de consigne par la vitesse optimale pour la régulation de la vitesse du véhicule. Il est ainsi possible de réduire notablement la consommation de carburant sur un trajet en dénivelé en adaptant la vitesse de consigne aux conditions effectives du parcours et en tenant compte de la masse du véhicule. Dans un mode de réalisation préféré, on détermine également le rapport de transmission optimal de la boîte de vitesses en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule et on utilise ce rapport optimal pour la régulation de la vitesse du véhicule. Lorsque le véhicule est équipé d'une boîte de vitesses automatique, on modifie automatiquement le rapport de transmission s'il n'est pas égal au rapport optimal. Dans le cas contraire, on peut se contenter de fournir une information au conducteur du véhicule qui peut alors en tenir compte pour modifier manuellement le rapport de la transmission. Les transitions entre la vitesse de consigne et la vitesse optimale sont faites de préférence de manière progressive. Au début d'une montée, il est ainsi possible de conserver le bénéfice de l'élan acquis par le véhicule avant la montée. Au contraire, après une montée, une transition continue permet d'éviter une demande d'accélération trop importante qui entrainerait une sur consommation de carburant. On peut procéder à une seule mesure de la masse du véhicule et mesurer en continu la dénivellation, au moyen de dispositifs capteurs appropriés ou par estimation. En variante, on détermine la masse du véhicule et la dénivellation par comparaison des équations dynamiques du véhicule lorsqu'un rapport de transmission est engagé et lorsqu'aucun rapport de transmission n'est engagé. Le système de régulation selon l'invention de la vitesse d'un véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur comportant une boîte de vitesses, comprend un calculateur recevant des informations concernant la vitesse de rotation du moteur, le rapport de transmission, la vitesse du véhicule et la valeur de la dénivellation. Le calculateur peut avantageusement mémoriser une valeur de vitesse du véhicule de consigne. Des moyens peuvent être prévus pour commander l'alimentation du moteur en carburant et le rapport de transmission pour maintenir la vitesse du véhicule égale à la vitesse de consigne lors d'un déplacement sans dénivellation, et inférieure d'une quantité déterminée lors d'un déplacement en dénivellation, en tenant compte de la consommation de carburant. Le calculateur recoit également la valeur de la masse du véhicule et est capable de calculer une valeur optimale de la vitesse du véhicule en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule. Des moyens peuvent être prévus pour remplacer la vitesse de consigne par la vitesse optimale dans le système de régulation. Des capteurs pour la mesure de la dénivellation et/ou de la masse du véhicule peuvent également être prévus. Dans un mode réalisation préféré, le calculateur est également capable de calculer une valeur optimale du rapport de transmission en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule. Des moyenspeuvent être prévus pour placer la boîte de vitesses dans le rapport optimal de transmission. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'un système de régulation de vitesse, selon l'invention, adapté à un camion; - la figure 2 est un bloc-schéma d'un procédé de régulation selon l'invention; et - la figure 3 montre diverses courbes de consommation en fonction de la vitesse. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le système de régulation de vitesse est utilisé sur un camion 1 équipé d'un moteur 2 et d'une boîte de vitesses 3 capable de transmettre un couple aux roues 4 du véhicule 1. Le système de régulation selon l'invention comprend un calculateur 5 recevant des informations provenant de différents capteurs qui sont schématisés sur la figure 1 sous la forme d'un capteur 6 mesurant la vitesse de rotation ou régime du moteur 2 et fournissant la valeur R, d'un capteur 7 fournissant la vitesse V du véhicule et enfin, d'un capteur 8 fournissant l'état BV de la boîte de vitesses, c'est-à-dire le rapport de transmission instantané. Les grandeurs mesurées par les capteurs 6, 7 et 8 sont transmises au calculateur 5 par les branchements 9, 10 et 11. Le calculateur 5 reçoit également des informations concernant la dénivellation de la route ou pente P, ainsi que sur la masse M du véhicule. Ces informations peuvent par exemple être fournies à chaque instant par un capteur 12 pour la pente P et un capteur 13 pour la masse du véhicule, reliés par les branchements 14 et 15 au calculateur 5. Le calculateur 5 est adapté pour procéder à une régulation de la vitesse, tenant compte de l'ensemble de ces paramètres et en particulier de la dénivellation ou pente P et de la masse M du véhicule. Le calculateur 5 est ainsi capable de calculer une vitesse optimale pour le véhicule, ainsi qu'un rapport de transmission optimal. Le signal correspondant au rapport de transmission optimal est transmis par le branchement 16 connecté à la boîte de vitesses 3 du véhicule 1. Pour la vitesse optimale, une information issue du calculateur 5 par le branchement 17 est fournie à un dispositif 18 de commande d'injection de carburant ou de régulation de couple relié par le branchement 19 au groupe motopropulseur 2 du véhicule 1. Bien que les capteurs 12 et 13 aient été indiqués sur la figure 1, on comprendra qu'il soit possible en variante de fournir une fois pour toutes au calculateur 5 la valeur de la masse du véhicule, par exemple au début d'un trajet déterminé, la masse totale du véhicule variant ensuite relativement peu au cours du trajet. Lorsque la masse totale du véhicule est déterminée à l'aide d'un capteur, celui-ci peut être réalisé par exemple sous la forme d'un potentiomètre installé sur les suspensions du véhicule. On peut également prévoir de mesurer la masse du véhicule lorsque ce dernier est en déplacement, en installant un capteur approprié sur le dispositif de freinage du véhicule. Enfin, on peut encore procéder plus simplement à une estimation de la masse totale du véhicule au début d'un trajet, sans qu'il soit alors nécessaire de prévoir un quelconque capteur. En variante, il est possible de procéder à une détermination instantanée de la masse totale du véhicule et de la dénivellation de la route parcourue par le véhicule à partir des équations dynamiques du véhicule d'une part, lorsque le moteur est embrayé, un rapport de transmission étant engagé et la transmission 3 reliant le moteur 2 aux roues 4 du véhicule et d'autre part, lorsque le moteur est débrayé, aucun rapport de transmission engagé, les roues 4 du véhicule n'étant pas reliées au moteur 2 par la transmission 3. L'équation dynamique du véhicule lorsque le moteur est embrayé est Lorsque le moteur est débrayé, l'équation dynamique du véhicule est avec accélération du véhicule M : masse totale du véhicule 1 : inertie de tous les éléments en rotation, ramenée aux roues du véhicule r : rayon d'une roue C : couple appliqué sur la roue Fa : force aérodynamique exercée sur le véhicule Fg : force de gravité exercée sur le véhicule. On sait en outre que Fa = 0,61x S x CX x V2, où S est la surface frontale du véhicule, Cx le coefficient de traînée aérodynamique, et V la vitesse du véhicule par rapport à l'air. De la même manière, on sait que Fg = M x g x P/100, où M est la masse totale du véhicule, g l'accélération de la gravité, et P la pente de la route en pourcent. Dans ces équations, il est possible de négliger les inerties des roues, du pont de transmission et du moteur, seule l'inertie de la boîte de vitesses entrant enjeu. Tous les autres paramètres dépendant du véhicule, on obtient par les deux équations (I) et (II), une seule équation contenant les deux seules inconnues constituées par la masse totale du véhicule M et la dénivellation ou pente de la route P. La résolution de cette équation dans ces deux états distincts (moteur embrayé ou débrayé), permet ainsi d'obtenir une estimation instantanée de la masse totale du véhicule avec une précision de l'ordre de 3 lo ainsi que la dénivellation ou pente de la route parcourue. Le procédé de régulation de la vitesse selon l'invention est expliqué schématiquement sur l'organigramme de la figure 2. On procède tout d'abord à une mesure de dénivellation ou pente de la route à l'étape 20. On décide à l'étape 21 si le véhicule est en montée ou non. Dans le cas où le véhicule ne se déplace pas en montée, c'est-à-dire si la route est plane ou en descente, la vitesse de consigne Vcons est choisie à l'étape 22 et introduite par le branchement 23, également visible sur la figure 1, dans le système de régulation 24 intégré dans le calculateur 5, visible sur la figure 1. Si au contraire, à l'étape 21, il est déterminé que le véhicule est en montée, on procède à l'étape 25 au calcul de la vitesse optimale en tenant compte de la mesure de la masse totale du véhicule obtenue à l'étape 26 et introduite comme paramètre supplémentaire par le branchement 27. De la même manière, on procède au calcul du rapport de transmission optimal en tenant compte du paramètre que constitue la masse totale du véhicule. Ce calcul est effectué à l'étape 28, compte tenu de la valeur de la masse totale du véhicule transmise par le branchement 29. Les valeurs ainsi calculées pour la vitesse optimale et le rapport de transmission optimal, sont fournies au système de régulation 24 par le branchement 30, le système de régulation agissant alors sur la boîte de vitesses du véhicule et sur l'injection en carburant par le branchement 31 pour tenir compte, au lieu de la vitesse de consigne normalement fournie, de la vitesse optimale et du rapport de transmission optimal calculés en fonction de la dénivellation mesurée et de la masse totale du véhicule. Il est ainsi possible par la connaissance de la masse totale du véhicule et de la dénivellation de la route, de calculer le meilleur rapport de transmission de la boîte de vitesses ainsi que la vitesse optimale afin de maintenir la consommation la plus basse possible selon la motorisation du véhicule. A titre d'exemple, pour un véhicule de tourisme de 65 CV avec cinq passagers et leurs bagages, une vitesse de consigne de 140 km/h sur une pente à 4% ne peut être maintenue sur le cinquième rapport de la transmission. L'invention permet de réduire la consommation en diminuant, pendant la montée, la vitesse de consigne de 20 km/h et/ou en changeant le rapport de transmission. De la même manière, pour un camion de 430 CV chargé à 40 tonnes, la figure 3 indique en ordonnées la consommation de carburant pour 100 kms en litres en fonction de la vitesse, indiquée en abscisses en km/h, et en fonction de la pente indiquée en pourcentage, de 0 à 6%. La vitesse de consigne choisie par le conducteur du poids lourd est généralement de 90 km/h (vitesse maximale autorisée légalement). L'examen des courbes de la figure 3 montre, qu'avec un tel véhicule, rouler à 90 km/h sur une pente à 2%, entraînerait une consommation excessive. De plus, il est impossible de rouler à cette vitesse sur une pente à 6%. Selon l'invention, la mesure de la valeur de la pente, par exemple de 2%, permettra de définir une vitesse optimale réduite à 80 km/h, c'est- à-dire de 10 km/h par rapport à la vitesse de consigne. Sur une pente à 6%, on passera, selon l'invention, du seizième rapport de la transmission au treizième rapport en réduisant la vitesse de 30 km/h, ce qui permettra d'énonomiser 7 litres au 100 kms. Il convient, bien entendu, dans la pratique, de déterminer chaque fois le meilleur compromis entre la vitesse optimale, le rapport de transmission optimal et la consommation souhaitée. Cette détermination se fera aisément dans la pratique pour chaque cas de figure. On pourra par exemple proposer une loi de détermination de la vitesse optimale réduisant la vitesse de consigne jusqu'à 40% dans une plage de vitesses de 55 à 90 km/h, et une deuxième loi permettant de diminuer la durée du trajet, autorisant une réduction de 20% de la vitesse optimale par rapport à la vitesse de consigne. La vitesse optimale modifiant la vitesse de consigne dans le dispositif de régulation de l'invention est calculée de façon continue en fonction de la mesure de la dénivellation. Sur route plane ou en descente, le régulateur de vitesse agit sur le moteur et les freins pour maintenir la vitesse de consigne choisie par le' conducteur. La régulation se fait simplement en minimisant la différence entre la vitesse réelle et la vitesse de consigne. Lorsque la dénivellation mesurée montre que la pente est positive, on applique au régulateur de vitesse la vitesse optimale calculée. La transition entre la vitesse de consigne déterminée par le conducteur lorsque la pente est nulle et la vitesse optimale calculée par le dispositif de l'invention, se fait donc progressivement, ce qui permet de conserver le bénéfice de l'élan acquis par le véhicule avant la montée. Après une montée, le régulateur de vitesse reçoit à nouveau la vitesse de consigne déterminée par le conducteur. La transition se fait également de manière continue, évitant ainsi toute surconsommation qui aurait pu résulter d'une demande d'accélération trop importante. On comprend que ces transitions progressives puissent être obtenues grâce à la mesure en continu de la dénivellation. Bien que les exemples mentionnés ci-dessus prévoient une action du régulateur sur le moteur et la boîte de vitesses du véhicule, on comprendra que, dans une autre application, les signaux émis par le calculateur soient purement informatifs et fournis au conducteur, par exemple au moyen d'un dispositif d'affichage qui indique au conducteur quel rapport de transmission et quelle vitesse il doit utiliser pour une consommation déterminée. REVENDICATIONS 1-Procédé de régulation dé la vitesse d'un véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur comportant une boîte de vitesses, dans lequel la vitesse du véhicule est maintenue, lors d'un déplacement sans dénivellation, égale à une vitesse de consigne déterminée, et modifiée lors d'un déplacement en dénivellation, en tenant compte de la consommation de carburant du véhicule, caractérisé par le fait qu'on détermine à chaque instant une vitesse optimale du véhicule en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule et qu'on remplace la vitesse de consigne par la vitesse optimale pour la régulation de la vitesse du véhicule. 2-Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on détermine également le rapport de transmission optimal de la boîte de vitesses en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule et qu'on utilise ce rapport optimal pour la régulation de la vitesse du véhicule. 3-Procédé selon la revendication 2 pour un véhicule équipé d'une boîte de vitesses automatique, caractérisé par le fait qu'on modifie automatiquement le rapport de transmission s'il n'est pas égal au rapport optimal. 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les transitions entre la vitesse de consigne et la vitesse optimale sont faites de manière progressive. 5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'on procède à une seule mesure de la masse du véhicule, au moyen d'un dispositif capteur ou par estimation. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'on mesure en continu la dénivellation, au moyen d'un dispositif capteur ou par estimation. 7-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait qu'on détermine la masse du véhicule et la dénivellation par comparaison des équations dynamiques du véhicule lorsqu'un rapport de transmission est engagé et lorsqu'aucun rapport de transmission n'est engagé. 8-Système de régulation de la vitesse d'un véhicule automobile (1) équipé d'un groupe motopropûlseur (2) comportant une boîte de vitesses, comprenant un calculateur (5) recevant des informations concernant la vitesse de rotation (R) du moteur, le rapport de transmission (BV), la vitesse (V) du véhicule et la valeur de la dénivellation (P) et comportant en mémoire une valeur de vitesse du véhicule de consigne (Vcons), de façon à commander l'alimentation du moteur en carburant et le rapport de transmission pour maintenir la vitesse du véhicule égale à la vitesse de consigne lors d'un déplacement sans dénivellation, et inférieure d'une quantité déterminée lors d'un déplacement en dénivellation, en tenant compte de la consommation de carburant, caractérisé par le fait que le calculateur (5) recoit également la valeur de la masse (M) du véhicule et est capable de calculer une valeur optimale de la vitesse du véhicule en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule, des moyens étant prévus pour remplacer la vitesse de consigne par la vitesse optimale dans le système de régulation. 9-Système de régulation selon la revendication 8 caractérisé par le fait qu'il comprend des capteurs (12, 13) pour la mesure de la dénivellation et/ou de la masse du véhicule. 10-Système de régulation selon les revendications 8 ou 9 caractérisé par le fait que le calculateur (5) est également capable de calculer une valeur optimale du rapport de transmission en fonction d'une consommation optimale, à partir de la valeur de la dénivellation instantanée et de la valeur de la masse du véhicule, des moyens étant prévus pour placer la boîte de vitesses (3) dans le rapport optimal de transmission.