Brevet FR2837447A1 — publié le 20030926

} 9 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'au moins une vanne d'in circuit de frein par une grandeur de commande électrique. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en ceuvre d'un tel procédé. Etat de la technique On connaît un procédé et un dispositif de commande d'une électrovanne comportant une bobine et un induit mobile. Pour déplacer l'induit on applique un courant et/ou une tension, de manière hachée ou cadencée, à la bobine. Des commandes différentes permettent de faire fonctionner l'électrovanne soit comme vanne de commutation soit comme vanne de limitation de pression. Un procédé et un dispositif de commande d'un système an tiblocage. Selon ce document on génère la pulsation de la pression de frein par l'actionnement de la vanne d'entrée; on minimise le bruit et on éli mine les vibrations et on améliore la sensibilité au niveau de la pédale de frein. Dans ce procédé et dispositif de commande, la forme de l'onde du signal qui ouvre et ferme la vanne d'entrée présente une pente croissante et décroissante douce, et elle n'ouvre pas complètement la conduite du circuit de frein, ce qui évite la mise en pulsation de la pres sion de freinage. :5 Exposé de l'invention et avantages La présente invention concerne un procédé de commande du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'une courbe caractéristique de la relation entre la différence de pression et sur la vanne et la grandeur de commande électrique présente au moins une zone dans laquelle une variation de la grandeur électrique se traduit par une variation de la diffé rence de pression et on sélectionne une valeur de départ de la grandeur de commande électrique pendant la commande de la vanne de façon à se si tuer dans cette plage ou à la frontière de cette plage. Cela permet une commande précise de l'électrovanne. L'expression " différence de pression " désigne de préférence la différence entre la pression appliquée à l'entrée et celle appliquée à la sortie de l'électrovanne. Un mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce que la valeur de départ de la grandeur de commande électrique est choisie dans au moins un ctrcuit de régulation en fonction de la valeur d'une grandeur de la vanne ou de la grandeur de commande de la vanne dans un cycle de régulation précédent. I1 est ainsi possible de faire intervenir, dans le cycle de régulation suivant, les valeurs marquantes de la grandeur de commande obtenues ou produites pendant un cycle de régulation. o Suivant un développement avantageux de l'invention, la grandeur de commande de la vanne dans un cycle de régulation précédent est l'intensité du courant traversant la bobine de l'électrovanne par lequel le patinage au freinage de la roue dépasse une valeur prédéterminée. L'instant auquel le patinage au freinage de la roue dépasse s une valeur prédéterminée se détermine par un régulateur ABS classique. Un mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce que la valeur de départ de la grandeur de commande électrique est la va leur de cette grandeur de commande par laquelle commence une phase de montée en pression dans le cylindre de frein de roue associé à la vanne. Cela permet une commande précise de la montée en pression. Comme va leur de départ on a la valeur qui lance une phase de montée en pression. Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans une première phase, la grandeur de commande électrique prend une valeur constante et la première phase précède dans le temps la phase de montée en pression. Un mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce que pendant la phase de montée en pression, la pression de frein aug mente dans le cylindre de frein de roue jusqu'à ce que le patinage du frei nage de la roue dépasse une valeur prédéterminée. On évite ainsi que le véhicule ne patine avec des roues bloquées. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la grandeur de commande électrique est l'intensité du courant traversant la bobine de la vanne. L'intensité du courant constitue une grandeur électrique facile à contrôler. 3s L'invention concerne également un dispositif de commande d'une vanne selon le procédé défini ci-dessus, ce dispositif de commande étant caractérisé par un moyen de sélection de la valeur de départ qui sé lectionne une valeur de départ de la grandeur de commande électrique pendant la commande de la vanne de façon que cette valeur se situe dans une plage de commande de la vanne ou à la limite de cette plage, et dans la plage de commande de la vanne une variation de la grandeur de com mande électrique conduit à une variation de la différence de pression sur s la vanne. Un développement avantageux du dispositif est caractérisé en ce qu'il est utilisé pour commander une vanne d'entrée. Précisément pour la vanne d'entrée il est particulièrement important d'avoir une com- mande précise et complètement dosoe de la vanne. o Selon un développement avantageux de l'invention, la vanne commandée est une vanne à régulation par différence de pression. Cette vanne présente une relation pratiquement linéaire entre l'intensité du courant traversant la bobine et la différence de pression aux bornes de la vanne. s La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un frein de roue et une vanne d'entrée sous la forme d'un schéma hydraulique, - la figure 2 montre une commande cadencée de la vanne d'entrce, - la figure 3 montre de manière générale la commande d'une vanne d'entrée, - la figure 4 montre le comportement de la vanne et la réaction de la roue du véhicule pour une commande de la vanne avec un courant de com mande élevé et un courant faible, - la figure 5 montre le comportement de la vanne et la réaction de la roue du véhicule dans le cas d'une commande selon l'invention, - la figure 6 montre la structure du dispositif selon l'invention et son in tégration dans l'environnement du véhicule. Descfiption des exemples de réalisation Un système de frein hydraulique est par exemple décrit dans le document DE 197 12 889 A1. La figure 1 montre une partie d'un circuit hydraulique cor respondant à celui décrit dans le document rappelé ci-dessus. Dans cette 3s figure, le bloc 100 désigne une vanne d'entrée, le bloc 102 le frein de roue, Ap caractérise la différence de pression aux bornes de la vanne d'entrée. La vanne d'entrée est commandée par une tension u(t) ou un courant i(t). La vanne d'entrée selon la présente invention est une vanne de régulation de différence de pression ou une électrovanne linéaire (LMV) . Celle-ci a la propriété que le courant de la bobine de la vanne d'entrée est proportionnel à la différence de pression Ap sur la vanne d'entrée. s La vanne d'entrée présente les deux états limites suivants: - pour un courant faible dans la bobine la vanne est ouverte et on a ainsi Ap = 0; pour un courant intense dans la bobine, la vanne est fermée et il n'y a pas de passage de liquide de frein ou de fluide de frein. o Les vannes d'entrée de régulation de pression se caractéri sent essentiellement par les deux propriétés suivantes: 1. une relation statistique entre l'alimentation de la vanne (électrovanne) et la différence de pression régulée (courbe caractéristique i/Ap). 2. un amortissement dynamique. I1 se décrit très bien par un élément de s temporisation du premier ordre; la constante de temps est une fonc tion du volume hydraulique fermé. Un fonctionnement cadencé d'une telle vanne (électrovanne) est représenté à la figure 2. En abscisses on a représenté le temps t et en ordonnées le courant i(t). Le courant i(t) varie ainsi entre une petite valeur o et une grande valeur et ainsi la vanne d'entrée change entre un état " ouvert N et un état fermé >>, avec des conséquences négatives telles que le bruit et une sollicitation mécanique élevée appliquée à la vanne. La courbe caractéristique i/Ap d'une vanne d'entrée est re présentée à la figure 3. En abscisses on a représenté le courant i traver s sant la bobine de la vanne d'entrce (électrovanne d'entrce) et en ordonnées on a représenté la différence de pression Ap qui est réglée par la vanne d'entrée. Pour une petite intensité 0 maximale réglable Ap pour la vanne d'entrée. Le remplis s age du cylindre de frein de ro u e ave c le flu ide de frein (liquide de frein) et l'obtention de la pression de frein seront décrits ci-après de manière plus détaillée à l'aide de la figure 3. s - On suppose tout d'abord que la vanne d'entrée est fermée et que l'on a une pression p0 entre l'entrée de la vanne d'entrée et le cylindre de frein de roue. - Cela correspond par exemple à une intensité i > i2. s - On veut maintenant augmenter la pression dans le cylindre de frein de roue. Pour cela, on ouvre la vanne d'entrée. - Pour cela, on diminue l'intensité i en partant de la valeur i2, en la fai sant évoluer dans le temps suivant une courbe en forme de rampe. A la s figure 3 l'état évolue le long de la ligne en trait interrompu, vers la gau che. - La différence de pression Ap sur la vanne d'entrée diminue jusqu'à ce que l' on atteigne l'intensité pour laquelle la ligne en trait interrompu coupe la courbe de la vanne d'entrée. o - Maintenant l'état de la vanne d'entrée évolue le long de la caractéristi que jusqu'au point Ap = 0. Pour cela, il n'est pas indispensable d'atteindre effectivement ce point. Cela signifie apparemment qu'à la fois l'intensité et la différence de pression diminuent dans le temps. Par une diminution suffisamment lente de l'intensité on fait fonctionner la s vanne dans un état d'équilibre statistique. Cela signifie que dans la vanne on aura toujours un état statique, amorti, et l'état de l'électrovanne se déplace le long de la courbe caractéristique représen tée à la figure 3. - L'électrovanne d'entrée s'ouvre et la pression dans le cylindre de frein de roue augmente de manière continue. Cette opération d'ouverture peut s'obtenir par exemple par une rampe d'intensité qui diminue de façon linéaire. Le mouvement de l'état de la vanne le long de la courbe ca ractéristique signifie que pendant que la pression s'établit dans le cylindre de frein de roue, la vanne d'entrce travaille exclusivement dans un état statique amorti. Un tel fonctionnement est désigné en physique par le terme " adiabatique "; l'opération d'ouverture décrit une séquence d'état statique. I1 importe peu que l'alimentation électrique de la vanne se fasse par l'application d'un courant ou d'une tension soit de manière con tinue soit par une commande impuleionnelle cadencée (impulsion/pause). La commande cadencée (impulsion/pause) doit toutefois étre suffisam ment à haute fréquence pour que la vanne de régulation de différence de pression ne puisse suivre les opérations de commutation à haute fré 3s quence mais suive uniquement la valeur moyenne de cette commande im pulsionnelle. On utilise ainsi la caractéristique physique d'une variation non brutale du courant dans la bobine. Non seulement la présente invention améliore le comporte- ment en commutation mais offre l'avantage supplémentaire que la carac- téristique i/Ap donne la différence de pression Ap si l'on connait le courant. Cette information supplémentaire Ap est ainsi disponible pour la s régulation ABS, ESP ou ASR. (ABS: système antiblocage; ASR: système antipatinage; ESP: régulation du comportement dynamique). En appliquant la régulation décrite ci-dessus par la caracté- ristique i/Ap, on aura en plus de la question de l'instant de l'établissement de la pression également celle de l'intensité qui commande la vanne au o début de la montée en pression. On a deux possibilités pour cela: 1. Dans de nombreux systèmes de régulation du comportement dynami- que (par exemple ESP) la pression amont dans le circuit de frein est donnée par les capteurs du véhicule. Un modèle de pression de roue permet de calculer la pression de frein actuelle dans le cylindre de frein s de roue. Connaissant la pression amont et la pression actuelle dans le cylindre de frein de roue on peut calculer la différence de pression ac tuelle (différence appliquée à la vanne d'entrée). A partir de cette valeur on détermine le courant d'ouverture nécessaire en appliquant la ca ractéristique i/Ap. 2. Dans de nombreux systèmes (par exemple dans de nombreux systèmes ABS) on ne connaît pas la pression amont dans le circuit de frein. La solution pour ce cas consiste à utiliser les propriétés des vannes d'entrée de régulation de différences de pression (sans méme connaitre la pression amont). Cette solution sera décrite ci-après. Dans le système ESP et S considéré, la montée en pres sion se produit touj ours dans une phase de maintien de la pression; cela signifie qu'une phase de montée en pression (dans le cylindre de frein de roue) est toujours précédée d'une phase à pression constante dans le cy lindre de frein de roue. Dans la phase de retenue de pression, 3 0 l'alimentation de la vanne imp orte peu aussi longtemps qu 'elle n' est p as suffisante pour fermer la vanne d'entrée. Au début direct de la montée en pression, il faut régler un courant dans la vanne qui correspond à la diffé rence de pression appliquée actuellement. Si ce courant est faux, on peut rencontrer les deux cas suivants: 3s Premier cas: Si le courant est trop faible (c'est- à- dire la différence de pres sio n sur la vanne d' entré e chute trè s rap idement) al ors on aura une montée en pression avec un gradient important, non voulue. Cela conduit à une régulation irrégulière et aussi à un patinage important de la roue et à de mauvaises conditions de direction du véhicule. Cette situation est représentée dans la partie supérieure de la figure 4. Dans cette figure on a représenté en abscisses le temps t et en ordonnées le courant i dans s l'électrovanne, la vitesse périphérique de roue v ainsi que la pression p dans le cylindre de frein correspondant. Immédiatement après l'application du courant, comme cela apparaît au point 401, on aura une montée rapide de la pression. Cela se traduit par une réduction d'importance correspondante de la vitesse périphérique de roue 402; la o conséquence est la mise en _uvre de la régulation ABS. La régulation ABS augmente brutalement (404) le courant dans l'électrovanne d'entrée. I1 en résulte la fermeture de la vanne d'entrée si bien que la pression ne conti- nue pas d'augmenter dans le cylindre de frein de roue. La montée en pres- sion (très lente) dans le cylindre de frein de roue résulte de l'ouverture de s la vanne de sortie correspondante. Deuxième cas: Si le courant est trop fort, la chute de pression sera retar- dée jusqu'à ce que le courant (intensité) dans la vanne (et ainsi la diffé- rence pression maximale que l'on peut bloquer) et la différence de pression o sont à l'équilibre. A ce moment la force de freinage est trop faible et le vé- hicule ne décélère pas de manière optimale. Cela est représenté graphi- quement dans la partie inférieure de la figure 4; dans cette figure les axes et les courbes ont des significations analogues à celles de la partie supé- rieure de la figure 4. Le courant i est trop intense (flèche 410) et c'est s pourquoi la différence de pression Ap sera maintenue trop longtemps et ne diminuera pas immédiatement. Cette augmentation de la pression de frein dans le cylindre de frein de roue se fait ainsi seulement très tardivement (voir la flèche 411). Une variante de commande de l'électrovanne d'entrée est représentée à la figure 5. Les axes correspondent aux mémes éléments qu'à la figure 4. Le procédé de commande représenté dans cette figure se déroule selon les étapes suivantes. Première étape: A partir d'une phase de maintien de pression on diminue ss l'intensité à partir d'une valeur tout d'abord trop élevée selon une diminu- tion en forme de rampe. A l'instant portant la référence (1) sur l'axe des temps, on atteint l'état d'équilibre des forces appliquées à l'électrovanne; ici cela correspond au début de la montée en pression. Cela apparait par l'augmentation de la pression dans le cylindre de frein de roue correspon dant à la courbe inférieure représentée. I1 est à remarquer ici que dans un système sans capteur de pression de roue on ne peut observer cet instant. s Deuxième étape: On continue de diminuer l'intensité selon un gradient qui se rapproche des conditions d'établissement de pression du régulateur ABS (par l'intermédiaire de la caractéristique i/Ap) toutefois lentement pour que l'électrovanne d'entrée (comme décrit précédemment) soit toujours o dans un état statique amorti. Cette phase se développe le long de l'axe du temps entre les instants l et 3 représentés. Troisième étape: L'abaissement de l'intensité se traduit comme indiqué à une augmentation de la pression dans le cylindre de frein de roue (voir s l'augmentation de la pression p à la flgure 5) et à une instabilité crois sante de la roue. Cela se traduit par la diminution rapide de la vitesse pé riphérique de roue comme cela est représenté par la courbe portant la référence v à la figure 5. La courbe de la vitesse périphérique de roue v s'éloigne toujours plus de la courbe représentée en trait interrompu et cor respondant à la vitesse longitudinale du véhicule (cette courbe est repré sentée en très interrompu) comme cela apparaît par exemple au point 501. La vitesse périphérique de roue v diminue de plus en plus par rapport à la vitesse longitudinale du véhicule, ce qui signifie que l'on a un patinage de freinage croissant. Le point correspondant à la force longitudinale maximale est atteint à l'instant (3), le cylindre de frein de roue recevant la pression de blocage P_bloc. A ce moment, sur la vanne d'entrée on a la différence de pression Ap_instab. La valeur de la pression de blocage P_bloc n'est pas connue mais à l'instant (3) on a la relation suivante de la pression Ap instab sur la vanne d'entrée: Ap_instab = p_hz - P_bloc p-hz est la pression dans le maître-cylindre de frein. Le courant corres pondant à la différence de pression Ap_instab est connu et ainsi grâce à la s caractéristique i/Ap on connaît la différence de pression Ap_instab. Quatrième étape: Dans la suite on effectue une diminution de pression à cause de l'instabilité de la roue. Cette diminution de pression dure jusqu'à ce que la dynamique de la roue telle qu'observée montre que la roue est de nouveau stable, c'est-à-dire qu'elle travaille en dessous du seuil de pati nage. La diminution de la pression provient de ce que l'on ferme la vanne d'entrée (par un courant important dans la vanne correspondant à une s augmentation rapide du courant 504 à la figure 5) et on ouvre la vanne de sortie. Ensuite, on a une phase de retenue de pression entre les instants 3 et 4; la vanne d'entrce et la vanne de sortie sont fermées; cette phase de maintien de pression reste appliquée jusqu'à un instant souhaité pour le quel on veut une nouvelle diminution de pression. I1 s'agit de l'instant (4) à to la figure 5. A cet instant le comportement de la roue est de nouveau sta ble. Cinquième étape: Pour une nouvelle montée en pression il faut tout d'abord déterminer la valeur de départ de l'intensité du courant (point 503 à la s figure 5). Pour déterminer cette valeur de départ on fait les hypothèses suivantes: - Le coefficient de frottement de la chaussce et ainsi la pression de blo cage étaient pratiquement constants au cours du dernier cycle de ré gulation. o - La pression amont était pratiquement constante pendant le dernier cy cle de régulation. - La diminution de la différence de pression sur la vanne d'entrée de la valeur Ap_dim nécessaire pour stabiliser la roue est toujours pratique ment constante indépendamment du coefficient de frottement. La va s leur Ap_dim caractérise (comme cela est indiqué à la figure 5) la différence de pression entre le point auquel s'applique le fonctionne ment statique de la vanne d'entrée et le point auquel se termine ce fonctionnement statique de la vanne d'entrée. A la figure 5, on a asso cié la grandeur Ap_dim à la courbe d'intensité de courant i. Cela s'explique car en fonctionnement statique de l'électrovanne d'entrée, on a une relation linéaire entre l'intensité de courant i et la différence de pression Ap sur l'électrovanne. Cela permet de déterminer la différence de pression appli quée à la vanne d'entrée au début de l'établissement de la pression par l'équation suivante: Ap_début = Ap_instab + Ap_dim Cette formule s'explique en ce que: - Ap_instab est la pression appliquée à l'électrovanne lorsque commence l'instabilité et - Ap_dim est la différence de pression de laquelle on a diminué la pres s sion appliquée à la vanne au début du cycle de régulation du fait de l'opération d'ouverture de la vanne. La valeur de départ de l'intensité du courant lors de la montée en pression résulte de nouveau de la caractéristique i/Ap. Cela permet grâce au procédé décrit, qu'au début de la montée en pression o dans le cylindre de frein de roue, on passe grâce à l'intensité, de manière très précise sur la valeur dont la diminution conduit directement à une diminution de la différence de pression sur l'électrovanne. La réalisation du dispositif selon l'invention et son intégra tion dans l'environnement d'un véhicule sont représentées à la figure 6. Le s bloc 500 comporte des capteurs qui détectent par exemple la pression dans le maître-cylindre de frein p_hz ou la vitesse de rotation de la roue. Le bloc 602 contient des actionneurs pour le système de frein en particu lier l'électrovanne commandée. Le dispositif de commande de la vanne fait partie du bloc 601. Le bloc 601 comporte les moyens de sélection de la valeur de départ 603. Les signaux ce sortie des capteurs 600 sont appli qués au dispositif de commande de l'électrovanne. Les signaux de sortie fournis par le bloc 600 sont appliqués aux actionneurs 601. Cela se tra duit par une réaction des actionneurs sur les capteurs par la détection du courant électrique passant par exemple dans une bobine de vanne. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de commande d'au moins une vanne d'in ctrcuit de frein par une grandeur de commande électrique (1), caractérisé en ce qu' - une courbe caractéristique de la relation entre la différence de pression (Ap) et sur la vanne et la grandeur de commande électrique (i) présente au moins une zone dans laquelle une variation de la grandeur électri que (i) se traduit par une variation de la différence de pression (Ap) et - on sélectionne une valeur de départ de la grandeur de commande élec 0 trique pendant la commande de la vanne de façon à se situer dans cette plage ou à la frontière de cette plage. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que s - la valeur de départ de la grandeur de commande électrique est choisie dans au moins un circuit de régulation en fonction de la valeur d'une grandeur de la vanne ou de la grandeur de commande de la vanne dans un cycle de régulation précédent (Ap-instab). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grandeur de commande (i) de la vanne dans un cycle de régulation pré cédent est l'intensité (i) du courant traversant la bobine de l'électrovanne par lequel le patinage au freinage de la roue dépasse une valeur prédéter mince. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de départ de la grandeur de commande électrique (i) est la valeur so de cette grandeur de commande par laquelle commence une phase de montée en pression dans le cylindre de frein de roue associé à la vanne. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ss - dans une première phase, la grandeur de commande électrique prend une valeur constante et - la première phase précède dans le temps la phase de montée en pres sion. 6 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pendant la phase de montée en pression, la pression de frein (p) augmente dans le cylindre de frein de roue jusqu'à ce que le patinage du freinage de s la roue dépasse une valeur prédéterminée. 7 ) Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que la grandeur de commande électrique est l'intensité (i) du courant traver o sant la bobine de la vanne. 8 ) Dispositif de commande d'au moins une vanne d'un circuit de frein par une grandeur de commande électrique (i), caractérisé par s - un moyen de sélection de la valeur de départ qui sélectionne une valeur de départ de la grandeur de commande électrique pendant la com mande de la vanne de façon que cette valeur se situe dans une plage de commande de la vanne ou à la limite de cette plage, - et dans la plage de commande de la vanne une variation de la grandeur de commande électrique (i) conduit à une variation de la différence de pression (Ap) sur la vanne, 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il est utilisé pour commander une vanne d'entrée. ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne commandée est une vanne à régulation par différence de pres