Brevet FR2843079A1 — publié le 20040206

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif de stabilisation d'un véhicule selon lequel, en réaction à au moins une roue ayant tendance à patiner, - on peut diminuer le couple moteur et activer une action sur les freins indépendamment du conducteur, - au moins cette action de freinage indépendante du conducteur se faisant sur la roue ayant tendance à patiner. Etat de la technique Selon le document DE 100 50 173 Ai on connaît un procédé et un dispositif pour réaliser une fonction de verrou différentiel dans un véhicule. Le véhicule est un véhicule dont toutes les roues sont motrices et qui présente une fonction de verrou différentiel entre l'essieu avant et l'essieu arrière du véhicule par un verrou longitudinal. En cas d'une tendance au patinage d'au moins une roue motrice, ce procédé réalise la fonction du verrou différentiel à l'aide d'actions effectuées indépendamment du conducteur sur au moins un moyen pour influencer le couple de roues. Pour exécuter les interventions indépendamment du conducteur, on prédéfinit au moins une valeur de consigne pour un couple de roues à régler. Les caractéristiques de l'état de la technique rappelé cidessus apparaissent dans le document DE 100 50 173 Ai. Exposé de l'invention La présente invention concerne un procédé de stabilisation d'un véhicule du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' - on diminue le couple moteur seulement si l'intervention de freinage indépendante du conducteur ne stabilise pas le véhicule. Cela garantit que la réduction du couple moteur ne se fait qu'après que par une action de freinage toutes les tentatives de stabilisa30 tion possibles des roues n'ont pas suffi. L'expression " stabilisation du véhicule " signifie que l'on veut réduire et notamment supprimer le patinage des roues ou la tendance au patinage. Un mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce que l'action de freinage se fait sur les deux roues d'un essieu moteur avec la même intensité. On évite ainsi que ne se forme un couple de lacets autour de l'axe vertical du véhicule. Un autre mode de réalisation avantageux du procédé est caractérisé en ce que - le véhicule est un véhicule dont toutes les roues sont motrices et pendant l'action de freinage il n'y a pas de freinage des autres roues motrices. Ainsi, les roues de l'essieu qui ne présentent aucun pati5 nage excessif, peuvent être exclues de l'action de freinage. Suivant un autre développement avantageux, la réduction du couple moteur ne se fait que si la différence entre une grandeur déterminée à partir de la vitesse de rotation des roues freinées et une valeur de consigne de cette grandeur dépasse un premier seuil prédéterminé diffé10 rent de zéro. La vitesse de rotation des roues dans les véhicules actuels sont disponibles comme grandeurs obtenues par saisie. C'est pourquoi cette réalisation ne nécessite aucun capteur supplémentaire pour le véhicule. Un autre développement avantageux de l'invention est caractérisé en ce qu'on termine une diminution en cours du couple moteur si la différence entre une grandeur déterminée à partir de la vitesse de rotation des roues freinées et une valeur de consigne de cette grandeur est inférieure à un second seuil prédéterminé différent de zéro. On a ainsi la possibilité d'une hystérésis pour la réduction du couple moteur. Cette hystérésis existe lorsque le second seuil est inférieur au premier seuil. Cette hystérésis évite les oscillations de régulation. Suivant un autre développement avantageux de l'invention, - la grandeur, obtenue à partir de la vitesse de rotation des roues freinées, est la valeur réelle de la vitesse de cardan, en particulier de la valeur moyenne de la vitesse des roues freinées et - la valeur de consigne de cette grandeur est la vitesse de cardan de consigne. Ces grandeurs sont par exemple disponibles dans la régulation antipatinage. Dans l'ensemble de la présente description, l'expression " vitesse de roue " doit être comprise dans un sens étendu. Il est indiqué expressément qu'une grandeur décrivant ou caractérisant la vitesse de rotation de roue ou par exemple la vitesse périphérique de la roue sont couvertes par cette expression. De manière avantageuse, le procédé est appliqué pour réaliser une fonction de verrou différentiel dans la direction longitudinale. On peut ainsi réaliser cette fonction d'une manière robuste et simple. Cela se traduit par exemple par l'absence de mécanisme supplémentaire pour réaliser la fonction de verrou différentiel. L'invention concerne également un dispositif de stabilisa5 tion d'un véhicule en réaction à au moins une roue ayant tendance à patiner, comportant: - des moyens pour réduire le couple moteur et des moyens de freinage pour effectuer une action de freinage indépendante du conducteur au moins sur la roue ayant tendance à patiner. Ce dispositif est caractéri10 sé en ce que - la diminution du couple moteur par les moyens de réduction du couple moteur ne se fait que si l'action de freinage indépendante du conducteur par le moyen de freinage n'a pas abouti à la stabilisation du véhicule. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre la relation entre le patinage de consigne, souhaité, et la vitesse longitudinale vf du véhicule, - la figure 2 montre, sous la forme d'un schéma, l'association entre la vitesse de cardan et les vitesses de rotation des roues dans un système composé du moteur, du différentiel et des roues, - la figure 3 montre l'utilisation de la caractéristique d'hystérésis pour un régulateur de cardan, - la figure 4 montre la structure de base du dispositif de l'invention, - la figure 5 montre le déroulement du procédé selon l'invention. Description de modes de réalisation Un différentiel répartit le couple d'entraînement du moteur régulièrement entre les deux roues d'un essieu. Cette solution a des avantages et des inconvénients. Avantages: A l'accélération (même si la chaussée est glissante d'un côté) cela ne crée pas de couple de lacet important agissant sur le véhicule. Cela provient du fait que le couple d'entraînement faible transmis à la chaussée du côté o celle-ci est lisse, est repris par le côté de la chaussée qui s'accroche. Inconvénients La force d'entraînement agissant sur le véhicule est définie par la roue ayant le plus petit coefficient d'adhérence par friction. Pour résoudre cette difficulté on utilise un différentiel à blocage (mécanique). Un tel différentiel évite qu'une roue ne s'emballe en transférant le couple moteur excédentaire (qui ne peut être transféré à cet endroit à la chaussée) à la roue ayant le potentiel de liaison par la force le plus élevé. Mais on risque alors qu'un couple de lacet ne soit appliqué au véhicule. Par un freinage indépendant du conducteur de la roue emballée, on réalise la fonction d'un différentiel à blocage par un moyen électronique. Dans le cas de véhicules ayant toutes les roues motrices, on a de plus un différentiel longitudinal pour répartir le couple moteur entre l'essieu avant et l'essieu arrière. La répartition du couple se fait de façon pondérée entre les essieux moteurs. On ne peut avoir une traction optimale dans le cas de véhi15 cules dont toutes les roues sont motrices que si le couple moteur est réduit seulement après avoir épuisé complètement le coefficient d'adhérence au niveau des deux essieux. C'est pourquoi il faudrait prendre deux mesures pour obtenir une traction optimale: - par un verrou longitudinal on réduit à la demande le couple moteur appliqué à la chaussée par une action sur les freins de façon que les roues restent stables, - le régulateur du moteur ne réduit pas le couple moteur ou ne le réduit que si cela est indispensable, c'est-à-dire que la réduction du couple moteur ne se fait qu'après avoir épuisé l'ensemble du potentiel au ni25 veau des deux essieux. En particulier dans le cas de véhicules ayant une répartition de couple quelconque prédéfinie par construction, chaque essieu transmet le couple maximum possible à la chaussée. On peut en même temps intégrer une surveillance de tem30 pérature des freins pour les protéger contre la surchauffe. Cette surveillance de température peut également se faire à l'aide d'un modèle de température intégré à l'appareil de commande. Le différentiel longitudinal assure la répartition des couples moteurs entre l'essieu l'avant et l'essieu arrière du véhicule. Fréquem35 ment, on souhaite une répartition asymétrique des couples moteurs entre l'essieu avant et l'essieu arrière du véhicule. Une répartition caractéristique du couple moteur est par exemple la suivante: - 40 % du couple moteur est fourni à l'essieu avant et - 60 % du couple moteur est fourni à l'essieu arrière. Cette répartition inégale est intéressante car pour une phase d'accélération, les roues arrière disposent des forces d'appui de roues les plus grandes. Toutefois, cette répartition peut également se traduire par des inconvénients pour un démarrage sur une surface offrant un faible coefficient d'adhérence (p faible). Sur une chaussée de type p faible, on ne peut obtenir qu'une faible accélération longitudinale. C'est pourquoi la différence entre les forces d'appui des roues de l'essieu avant et celles de l'essieu arrière n'est que faible. Il en résulte que les 40 % du couple moteur appliqués aux roues avant ne peuvent être transmis complètement à la chaussée (car la limitation se fait par les 60 % du couple moteur appliqués aux roues arrière). Cela est lié au fait que la charge des roues arrière est en général beaucoup plus faible que la charge des roues avant puisque le moteur des véhicules de tourisme est en général à l'avant. C'est pourquoi les roues arrière atteignent la limite de patinage critique avant les roues avant. On considérera ci-après une caractéristique de la chaussée selon laquelle les roues arrière ont un coefficient d'adhérence faible et les roues avant un coefficient d'adhérence élevé. Au cours d'une phase d'accélération sur une telle chaussée, le régulateur ASR prédéfinit un couple de freinage pour les roues arrière. Ainsi, les roues avant sont en mesure de transmettre les 40 % du couple moteur qui leur sont attribués à la chaussée et d'accélérer le véhicule. Le couple de freinage appliqué aux 25 roues arrière agit exactement comme un couple d'accélération fourni à la chaussée: les deux effets freinent la roue. Le différentiel longitudinal ne peut dans ces conditions savoir si le couple de freinage appliqué aux roues arrière - provient du frein (et n'agit pas dans ces conditions dans le sens de l'accélération du véhicule) ou - provient de la surface de la chaussée (et agit ainsi dans le sens de l'accélération sur le véhicule). Dans les deux cas, le différentiel fournit à l'essieu avant un couple correspondant au couple de freinage des roues arrière et ce couple appliqué aux roues avant accélère le véhicule. C'est pourquoi dans la plage de démarrage, la logique ASR prévoit d'éliminer le couple excédentaire (que l'on ne peut transmettre à la chaussée) au niveau des roues arrière, par freinage. L'expression " éliminer par freinage " signifie que l'on absorbe le couple excédentaire par une action de freinage et on transforme ce couple en énergie thermique. A côté de l'opération de freinage, la régulation ASR prévoit également une seconde conséquence: la réduction du couple moteur. La réduction du couple moteur se traduit par une réduction de la vitesse des cardans. Cette situation sera décrite ci-après. La régulation ASR repose presque essentiellement sur la relation entre le patinage de consigne, souhaité u et la vitesse longitudi10 nale du véhicule vf. Dans tout le début de la phase de démarrage (vf est encore très petit) on recherche une valeur de patinage très grande (par exemple entre 70 % et 80 %) pour permettre d'atteindre une vitesse de rotation de roue importante. Ce patinage de consigne, commandé, sera réduit en fonction de l'augmentation de la vitesse et ainsi pour des vites15 ses très élevées il sera de l'ordre de grandeur de 3 %. La figure 1 montre à titre d'exemple une courbe caractéristique représentant la relation entre le patinage de consigne u et la vitesse longitudinale vf du véhicule. La régulation du patinage de consigne de roue se fait en prédéfinissant une valeur de consigne de la vitesse des cardans (la vitesse 20 des cardans est la vitesse de sortie du moteur ou une mesure représentant la vitesse angulaire de l'arbre à cardan. Cette situation est représentée à la figure 2. Dans cette figure le bloc 200 représente le moteur du véhicule. Il fournit la vitesse de cardan vcard à un différentiel transversal 203. Le différentiel transversal a 25 pour fonction de répartir la vitesse vcard entre la roue gauche 201 et la roue droite 202. La roue gauche 201 tourne à la vitesse vL et la roue droite à la vitesse vR. Pour une circulation en ligne droite on a normalement vL = vR. Cette situation est différente sur un trajet en courbe: les roues extérieures à la courbe doivent tourner plus rapidement. Pour la vitesse de cardan vcard on a toujours la relation suivante: vcard = (vR +vL) /2 La courbe de patinage (figure 2) prédétermine pour chacune des roues une vitesse de rotation de consigne (ou vitesse de patinage de consigne) vR-cons pour la roue droite et vL-cons pour la roue gauche. Cela correspond à la relation de la vitesse de cardan de consigne vcard-cons = (vR-cons + vL-cons)/2. La vitesse de cardan fournie par le moteur est à un instant donné par la relation suivante: vcard-réel = (vR-réel + vL-réel)/2. dans cette relation, vR-réel et vL-réel sont les vitesses instantanées de la roue droite et de la roue gauche. L'idée principale de l'invention consiste à autoriser une différence entre la vitesse de cardan de consigne vcard-cons et la vitesse de cardan réelle vcard-réel sans avoir de réduction du couple moteur Mmot (et ainsi une réduction de la vitesse de cardan réelle). La différence entre vcard- réel et vcard-cons sera appelée Avcard-réel: Avcard-réel = vcard-réel - vcard-cons. Pour que cette non réduction du couple moteur Mmot ne se traduise pas par un emballement des roues, on freine en même temps les roues qui s'emballent. L'opération de freinage se fait de manière symétrique, c'est-à-dire pour la roue gauche et la roue droite d'un essieu pour ne 25 pas produire de couple de lacet qui aurait tendance à faire tourner le véhicule autour de son axe vertical. Cette réduction du couple moteur est commandée par l'appareil de commande ASR de façon qu'à la place de la déviation de régulation de cardan Avcard-réel, le régulateur de cardan de l'appareil de 30 commande ASR considère une nouvelle grandeur Avcard-res comme déviation de régulation. L'augmentation entre Avcard-res et Avcard-réel est représentée à la figure 3. Suivant les abscisses on a représenté la grandeur Avcard-réel; en ordonnées on a représenté la grandeur Avcard-res. Une valeur positive de Avcard-réel signifie que la vitesse de cardan réelle vcard-réel est supérieure à la vitesse de cardan de consigne vcardcons. Une régulation de la valeur Avcard-cons ne réduirait que la valeur vcard-réel et cela serait lié à une réduction du couple moteur. Comme l'invention considère la grandeur Avcard-res il n'y a pas de réduction anticipée du couple moteur. Cela se fait selon les étapes présentées à la figure 3. 1- Avcard-réel peut augmenter jusqu'à la valeur Avcard-dém. sans que Avcard-res prenne une valeur différente de 0. Cela est représenté à la figure 3 par les deux flèches 301. Comme Avcard-res = 0, il n'y a pas réduction du couple moteur. Dans cette plage on n'aura que des actions de freinage sur les roues qui s'emballent. Cette plage 0 A vcard-réel 2- Ce n'est que lorsque Avcard-réel passe la valeur Avcard-dém. que Avcard-res prend des valeurs positives différentes de zéro. Ce parcours est indiqué par la flèche 302. A côté des actions de freinage, on aura maintenant une réduction du couple moteur en fonction de la valeur Avcardres. On a ainsi par exemple la relation Avcard-res = 1 5 Avcard-réel + Avcard-dém. (cette relation est vraie si la branche portant la référence 302 à la figure 3 a une pente de 450). 3- Dès que Avcard-réel atteint sa valeur maximale et prend de nouveau des valeurs plus petites, Avcard-res reste constant. La valeur maximale de Avcard-res est appelée Avcard-inv. Cette valeur est enregis20 trée en mémoire, ce qui est indiqué par la flèche 303. On continue de réduire le couple moteur car Avcard-res reste supérieur à zéro. Il faut savoir que Avcard-inv. n'est pas une valeur fixe prédéterminée mais Avcard-inv. peut être la valeur prise par Avcard-res lorsque Avcard-réel atteint sa valeur maximale. 4- Ce n'est que lorsque Avcard-réel est redescendu à une valeur Avcardinv. + Aveard-arrêt que la valeur Avcard-res est de nouveau réduite (flèche 304). Cette réduction se poursuit jusqu'à ce que Avcard-réel soit redescendu en dessous de Avcard-arrêt. La réduction de Avcard-res se fait selon la règle Avcard-res = Avcard-réel - Avcard-arrêt. Si maintenant en passant l'étape 3 (banche d'hystérésis désignée par la branche 304) la valeur Avcard-réel augmente de nouveau brusquement que l'on gèle la déviation de régulation instantanée Avcard35 res (ou en enregistre Avcard-inv.) jusqu'à ce que la différence: Avcard-réel - Avcard-dém. atteigne une valeur supérieure à Avcard-inv. La boucle d'hystérésis décrite évite les oscillations de régulation à la limite de la zone morte. Ces oscillations peuvent se produire si par exemple Avcard-réel ne dépasse que brièvement la valeur Avcard-dém. La zone morte disparaît dès que le véhicule présente un comportement instable. Dans les considérations de la figure 4 on a supposé que les taux d'augmentation de Avcard-res et de Avcard-réel étaient les mêmes dans les phases caractérisées par les flèches 302, 304. Cela signifie que les lignes en biais (indiquées par les flèches 302, 304, 305) à la figure 3 ont une pente de 450. Cette solution s'est avérée comme avantageuse mais en aucun cas indispensable. La figure 3 montre la ligne interrompue avec la flèche 305. Celle-ci caractérise al plage Avcard-réel pour cette plage Avcard-réel = Aveard-cons. Le premier cadran correspondant aux flèches 301, 302, 303, 304 à la figure 3 peut se caractériser comme suit: 1 toujours lorsqu'on est dans une situation Avcard-réel > 0, on exécute une action de freinage symétrique, 2 toujours lorsqu'on est dans une situation Avcard-res > 0, on réduit le couple moteur. L'hystérésis et l'application retardée de Avcard-res crée des situations (flèche 301) pour lesquelles il n'y a pas de réduction du couple moteur (zone morte). Le procédé selon l'invention sera expliqué une nouvelle fois 30 ci-après à l'aide d'un exemple. On considère un véhicule dont le régulateur ASR attribue 40 % du couple moteur à l'essieu avant et 60 % du couple moteur à l'essieu arrière. De plus, on suppose que l'essieu arrière se trouve sur une chaussée à coefficient,u bas. 1- les roues de l'essieu arrière patinent à cause d'un manque d'adhérence. 2- on constate un patinage trop important et c'est pourquoi on réduit vcard-cons. On obtient alors la relation Avcard-réel = vcard-réel - vcard-cons > 0. La figure 3 montre cette situation par les flèches 301. 3pour éliminer le patinage trop important, on effectue des actions de freinage symétriques sur les roues de l'essieu arrière (flèche 301 à la figure 3) et le cas échéant on réduit en plus le couple moteur (flèches 302, 303, 304). Cette réduction se fait selon l'invention seulement à un instant ultérieur (par l'utilisation d'une zone morte en liaison avec une hystérésis). Ces interventions se font jusqu'à ce que les roues de l'essieu arrière travaillent dans une plage de patinage stable. La plage de patinage stable est obtenue à partir de la courbe patinage/vitesse de la figure 1. 4- 40 % du couple moteur est fourni aux roues de l'essieu avant. Si dans la dernière étape on a une réduction du couple moteur, les roues avant recevront 40 % du couple moteur réduit. 5- du fait du couple moteur fourni aux roues avant, l'essieu avant peut devenir instable. La suite de la régulation s'effectue pour cela sur les roues de l'essieu avant. La structure de base selon l'invention est représentée à la figure 4. Le bloc 400, à gauche, est une partie d'un appareil de com20 mande, par exemple l'appareil de commande ASR. Ce bloc comprend: - le sous-bloc 401 avec les moyens de réduction du couple moteur et - le sous-bloc 402 avec les moyens de freinage pour effectuer des actions de freinage indépendamment du conducteur. Les signaux de sortie du bloc 401 sont transmis à l'appareil de commande 403 du moteur; celui-ci réduit par exemple le couple moteur en commandant le volet d'étranglement. Les signaux de sortie du bloc 402 sont transmis aux actionneurs de freins 404. Le déroulement du procédé selon l'invention est représenté à la figure 5. Le bloc 500 correspond au début du procédé. Ensuite, dans le bloc 501 on détermine si l'on a au moins une roue qui patine ou a tendance à patiner. Si cela n'est pas le cas on revient au bloc 500. Si cela est le cas, on passe au bloc 502. Dans le bloc 502 on effectue au moins une intervention de freinage indépendante du conducteur sur la roue ayant tendance à patiner. Ensuite, on vérifie dans le bloc 503 si l'action de frei35 nage, indépendante du conducteur, a stabilisé le véhicule. Si cela est le cas, on revient au bloc 500. Si cela n'est pas le cas, on réduit le couple moteur dans le bloc 504. L'invention telle que décrite permet une très bonne répartition de la puissance motrice entre l'essieu avant et l'essieu arrière, le différentiel central étant ouvert. Cet effet est d'autant plus important que la répartition par construction des couples moteurs est différente de la ré5 partition idéale dépendant des coefficients d'adhérence. L'avantage principal de l'invention réside dans l'amélioration de la traction. Les interventions de freinage servent également à stabiliser le véhicule. Grâce à la zone morte on ne modifie la répartition de l'ensemble de la puissance motrice de manière intentionnelle seulement avant de réduire la puissance motrice. R E V E N D I C A T I O N S ) Procédé de stabilisation d'un véhicule selon lequel, en réaction à au moins une roue ayant tendance à patiner, - on peut diminuer le couple moteur (Mmot) et activer une action sur les freins indépendamment du conducteur, - au moins cette action de freinage indépendante du conducteur se faisant sur la roue ayant tendance à patiner, caractérisé en ce qu' - on diminue le couple moteur (Mmot) seulement si l'intervention de frei10 nage indépendante du conducteur ne stabilise pas le véhicule. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action de freinage se fait sur les deux roues d'un même essieu avec la même intensité. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que - le véhicule est un véhicule dont toutes les roues sont motrices et - pendant l'action de freinage il n'y a pas de freinage des autres roues motrices. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réduction du couple moteur (Mmot) ne se fait que si la différence entre une grandeur déterminée à partir de la vitesse de rotation des roues freinées (vcardréel) et une valeur de consigne de cette grandeur (vcard-cons) dépasse un premier seuil prédéterminé (Avcard-dém.) différent de zéro. 50) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on termine une diminution en cours du couple moteur si la différence entre une grandeur (vcard-réel) déterminée à partir de la vitesse de rotation des roues freinées et une valeur de consigne de cette grandeur (vcard35 cons) est inférieure à un second seuil prédéterminé (Avcard-arrêt) différent de zéro. ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second seuil (Avcard-cons) est inférieur au premier seuil (Avcard-dém.) . ) Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que - la grandeur (vcard-réel), obtenue à partir de la vitesse de rotation des roues freinées, est la valeur réelle de la vitesse de cardan, en particulier de la valeur moyenne de la vitesse des roues freinées et - la valeur de consigne de cette grandeur (vcard-cons) est la vitesse de cardan de consigne. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise le procédé pour réaliser une fonction de verrou différentiel dans la direction longitudinale. 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'expression " stabilisation du véhicule " signifie la suppression de la ten20 dance au patinage d'au moins une roue ayant tendance à patiner. ) Dispositif de stabilisation d'un véhicule en réaction à au moins une roue ayant tendance à patiner, comportant: - des moyens pour réduire le couple moteur (Mmot) et des moyens de 25 freinage pour effectuer une action de freinage indépendante du conducteur au moins sur la roue ayant tendance à patiner, caractérisé en ce que - la diminution du couple moteur (Mmot) par les moyens de réduction du couple moteur ne se fait que si l'action de freinage indépendante du conducteur par le moyen de freinage n'a pas abouti à la stabilisation du véhicule.