Brevet FR2857444A1 — publié le 20050114

Procédé et dispositif d'estimation de la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation de la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile. La connaissance de la déclivité ou pente de la surface sur laquelle est engagé un véhicule est indispensable au bon fonctionnement de nombreux dispositifs embarqués dans le véhicule, comme des dispositifs de gestion de freinage ou de contrôle du moteur. Les capteurs de pente ou d'accélération longitudinale, tels des accéléromètres ou inclinomètres ne permettent pas de connaître une valeur de la déclivité fiable en toute circonstance. En effet, la déclivité ou pente mesurée par un capteur de pente n'est exacte que lorsque le véhicule est à l'arrêt. En roulage, l'accélération fournie par le capteur de pente ne reflète pas seulement l'effet de la seule déclivité, mais également l'effet de l'ensemble des forces qui contribuent à l'accélération longitudinale du véhicule, telles le poids du véhicule, les forces motrices, résistantes, et de freinage. Il faut donc réussir à isoler dans cette accélération fournie par le capteur de pente, l'accélération uniquement due à la déclivité des autres composantes de l'accélération longitudinale du véhicule. De plus, certaines phases de comportement du véhicule compliquent beaucoup l'estimation de ces autres composantes, comme les phases de démarrage, d'arrêt, de freinage, de forte accélération et de changement de rapport de boîte de vitesse, durant lesquelles il est important d'obtenir une estimation de déclivité aussi précise que possible. Il existe des dispositifs d'évaluation de déclivité ou pente avec ou sans capteur de pente. 2857444 2 La demande de brevet WO 99/46604 déduit la valeur de la déclivité à partir de mesures de vitesse et d'accélération longitudinale en dérivant la vitesse du véhicule. Cette méthode amplifie les bruits de mesure des capteurs. Le brevet US 5 925 087 déduit la valeur de la déclivité à partir de mesures de vitesse en dérivant la vitesse du véhicule et en utilisant un filtre passe-bas qui introduit un déphasage, qui nuit beaucoup à la précision de l'estimation de la déclivité, notamment dans des phases transitoires de comportement du véhicule, telles le démarrage, le changement de rapport de boîte de vitesse ou le freinage. La demande de brevet EP-A-O 972 971 déduit la valeur de la déclivité de manière continue en dérivant la vitesse du véhicule fournie par un capteur, et effectue un filtrage qui dépend du comportement du véhicule, ce qui pose des problèmes de précision de l'estimation suivant le comportement du véhicule. L'invention a pour objet d'estimer la déclivité de la surface sur laquelle est engagé le véhicule, en améliorant la précision de l'estimation, ainsi qu'en effectuant cette estimation de manière continue, quel que soit le comportement du véhicule, et en tenant compte de la variation de certains paramètres du véhicule comme sa masse et le coefficient de friction des plaquettes de freinage. Le procédé selon un aspect de l'invention, permet d'estimer la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile, par analyse d'erreurs, au moyen d'un filtrage utilisant une modélisation statistique. L'analyse d'erreurs comprend le calcul d'une estimation d'une variation d'accélération due à des paramètres et la prise en compte de bruits sur des données estimées et des données d'entrée comprenant la vitesse du véhicule, la vitesse de rotation du moteur, et le couple du moteur. Le procédé permet d'estimer la déclivité en continu, quel que soit le comportement du véhicule, sans dériver la vitesse, ce qui permet d'améliorer la précision de l'estimation. 2857444 3 Dans un premier mode de mise en oeuvre préféré, lesdits paramètres de ladite estimation de variation d'accélération comprennent une variation de masse du véhicule par rapport à une valeur de référence, une variation de coefficient de friction des plaquettes de freinage par rapport à une valeur de référence, des erreurs du modèle, et la déclivité. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on calcule ladite déclivité à partir de ladite estimation de variation d'accélération en calculant la variation d'accélération due à la déclivité, en négligeant la variation d'accélération due aux erreurs du modèle, et en estimant la variation d'accélération due aux variations de la masse du véhicule et du coefficient de friction des plaquettes de freinage. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, on détermine une situation du véhicule parmi un ensemble de situations prédéterminées, et on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée correspondant à ladite situation. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, lesdites situations prédéterminées comprennent une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. Dans un second mode de mise en oeuvre préféré, les données en entrée comprennent en outre une mesure d'accélération longitudinale du véhicule fournie par un capteur de pente et que lesdits paramètres de ladite estimation de variation d'accélération comprennent une variation de masse du véhicule par rapport à une valeur de référence, une variation de coefficient de friction des plaquettes de freinage par rapport à une valeur de référence, et des erreurs du modèle. 2857444 4 On améliore la précision de l'estimation par ajout d'un capteur de pente. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et 5 les données d'entrée. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on détermine une situation du véhicule parmi un ensemble de situations prédéterminées, et on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée correspondant à ladite situation. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, lesdites situations prédéterminées comprennent une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on utilise un filtrage par filtre de Kalman. Selon un aspect de l'invention, il est également proposé un dispositif d'estimation de la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile, comprenant un capteur de vitesse, un capteur de consigne de freinage, et une unité de commande électronique à laquelle sont raccordés lesdits capteurs. L'unité de commande électronique comprend des moyens d'analyse d'erreurs dans des données d'entrée, comprenant la vitesse du véhicule, la vitesse de rotation du moteur, et le couple du moteur, lesdits moyens d'analyse d'erreurs effectuant un filtrage utilisant une modélisation statistique. Dans un mode de mise en application préféré, le dispositif comprend en outre un capteur de pente relié à l'unité de commande électronique. Lesdites données d'entrée desdits moyens d'analyse d'erreurs comprennent une mesure d'accélération longitudinale du véhicule fournie par ledit capteur de pente. Dans un mode de mise en application avantageux, l'unité de commande électronique comprend en outre des moyens de supervision pour déterminer une situation du véhicule parmi un 2857444 5 ensemble de situations prédéterminées et y associer un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée de ladite situation permettant aux moyens d'analyse de tenir compte de la situation du véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre l'estimation de la déclivité selon un aspect 10 de l'invention, sans détermination de situation du véhicule, et sans accélération fournie par un capteur de pente - la figure 2 illustre l'estimation de la déclivité selon un aspect de l'invention, avec détermination de situation du véhicule, et sans accélération fournie par un capteur de pente - la figure 3 illustre l'estimation de la déclivité selon un aspect de l'invention, sans détermination de situation du véhicule, et avec accélération fournie par un capteur de pente - la figure 4 illustre l'estimation de la déclivité selon un aspect de l'invention, avec détermination de situation du véhicule, et 20 avec accélération fournie par un capteur de pente; Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif d'estimation de déclivité 1 comprenant un bloc 2 de traitement de données, comprenant deux blocs 3 et 4 de calcul d'accélérations. Le bloc 3 calcule l'accélération amoteur due aux efforts du moteur transmis aux roues au moyen de l'équation: rboîte Cmoteur Jtrans dwmoteur dt Rroue'Mvehicule dans laquelle: amoteur: accélération créée par les forces motrices s'appliquant au 30 véhicule, en m/s2; amoteur rboîte Cmoteur Rroue: 03moteur rapport, pour une vitesse engagée, d'une vitesse de rotation d'un arbre de sortie et d'une vitesse de rotation d'un arbre d'entrée d'un embrayage du véhicule; : couple moteur en Nm; rayon sous charge de la roue, en m; : vitesse de rotation du moteur, en rad/s; Jtrans: inertie de l'ensemble moteur et transmission, en kg m2/s; Mvéhicule: masse du véhicule, en kg; Le bloc 3 reçoit en entrée la vitesse signée V, du véhicule par une connexion 5, le régime de rotation du moteur comoteur, par une connexion 6, et le couple moteur Cmoteur par une connexion 7. Le bloc 4 reçoit également la vitesse signée VX du véhicule par la connexion 5, et calcule l'accélération ares, due aux forces résistantes aérodynamiques et de roulement des pneus, au moyen de l'équation suivante: ares = 01 + 02V,2 dans laquelle: ares: accélération due aux forces résistantes aérodynamiques et de roulement des pneus, en m/s2; V, t: mesure de la vitesse du véhicule, fournie par le capteur de vitesse, en m/s; 01,02: paramètres prédéterminés dépendant du véhicule, permettant l'accélération ares calculée par le bloc 4 par une connexion 10, et l'accélération afreinage due au freinage au moyen d'une fonction prédéterminée par une connexion 11. Le bloc 8 transmet son estimation de déclivité âp à divers dispositifs nécessitant cette donnée, par une connexion 12. Le bloc 8 effectue son estimation par analyse d'erreurs dans des données d'entrée au moyen d'un filtrage utilisant une modélisation statistique, ladite analyse d'erreurs comprenant le d'estimer ares, respectivement en m/s2 et en m-1; Un bloc 8 calcule une estimation de la déclivité âp et reçoit en entrée la vitesse signée V,, du véhicule par la connexion 5, l'accélération amotettr calculée par le bloc 3 par une connexion 9, 2857444 7 calcul d'une estimation d'une variation d'accélération due à des variations de paramètres et la prise en compte de bruits sur des données estimées et des données d'entrée. Le bloc 8 utilise les ares afreinage Vx: mesure de la vitesse du véhicule, en m/s; Vx: estimation de la vitesse du véhicule, en m/s; Spa estimation de variation d'accélération longitudinale du véhicule, fonction prédéterminée de la variation de masse AM du véhicule par rapport à une valeur de référence, de la variation A p, du coefficient de friction des plaquettes par rapport à une valeur de référence, des erreurs c du modèle utilisé, et de la pente ap, en m/s2; acyle: accélération calculée, en m/s2; amateur: accélération créée par les forces motrices s'appliquant au véhicule, en m/s2; ares: accélération due aux forces résistantes aérodynamiques et de roulement des pneus, en m/s2; afreinage: accélération créée par les forces de freinage s'appliquant au véhicule, fonction prédéterminée, en m/s2; vl: bruit prédéterminé associé à la mesure de la vitesse, en m/s; wl: bruit prédéterminé associé à l'accélération du véhicule, en m/s2; w2: bruit prédéterminé associé à la dérivée par rapport au temps de Spa, en m/s'. On obtient alors une estimation de variation d'accélération Spa due à la variation de masse du véhicule par rapport à une valeur de référence, une variation de coefficient de friction des plaquettes équations suivantes dVx dt Spa + acalc dSpa =0+w2 dt Vx=Vx+vl acalc = amateur dans lesquelles + wl 2857444 8 de freinage par rapport à une valeur de référence, des erreurs du modèle, et la déclivité. Dans Spa, on va négliger la partie due aux erreurs du modèle par rapport à la partie due à la déclivité, et soit estimer les parties dues aux variations de masse du véhicule par rapport à une valeur de référence et de coefficient de friction des plaquettes de freinage par rapport à une valeur de référence, soit les négliger également par rapport à la partie due à la déclivité. On déduit alors aisément la déclivité, car cette partie de Spa due à la déclivité vaut g.sin(âp) = g.âp. On a donc ici une estimation de la déclivité peu chère car sans capteur de pente. La figure 2 illustre une amélioration du dispositif d'estimation de déclivité de la figure 1 comprenant en outre un bloc 13 apte à superviser le fonctionnement du dispositif d'estimation en déterminant une situation parmi un ensemble de situations prédéterminées comprenant une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. Le bloc 13 reçoit en outre du bloc 8, l'estimation Vx par la connexion 12 qui transmet l'estimation de la déclivité âp. La connexion 5 fournit en outre la vitesse V, au bloc 13. Le bloc 13 détermine, au moyen de données transmises du bloc 8 par la connexion 14, laquelle de ces situations correspond à l'instant présent, et transmet au bloc 8, par une connexion 15, ladite situation et un jeu de valeurs de bruits (vl, wl, w2) prédéterminé associé à ladite situation. On améliore ainsi la précision de l'estimation en fonction de la situation du véhicule. Le bloc de supervision 13 transmet la valeur d'estimation de la déclivité à divers dispositifs nécessitant cette donnée, par une connexion 30 16. La figure 3 est une amélioration du dispositif de la figure 1, ou l'on a de surcroît un capteur de pente apte à fournir au bloc 8 une accélération acapteur mesurée par le capteur de pente, par une connexion 17. 2857444 9 Le bloc 8 effectue son estimation par analyse d'erreurs dans des données d'entrée au moyen d'un filtrage utilisant une modélisation statistique, ladite analyse d'erreurs comprenant le calcul d'une estimation d'une variation d'accélération due à des variations de paramètres et la prise en compte de bruits sur des données estimées et des données d'entrée. Le bloc 8 utilise les équations suivantes: dVX _ gâ +8^ +a calc + w p p l dt dâ p =0+w2 dt dSp =0+w3 dt acapteur = Sp acalc + V1 VX=VX+V2 lacalc = amoteur ares afreinage dans lesquelles: âp estimation de la pente, en rad; V x: mesure de la vitesse du véhicule, en m/s; VR estimation de la vitesse du véhicule, en m/s; bp estimation de variation d'accélération longitudinale du véhicule, fonction prédéterminée de la variation de masse AM du véhicule par rapport à une valeur de référence, de la variation A t du coefficient de friction des plaquettes par rapport à une valeur de référence, et des erreurs s du modèle utilisé, en m/s2; aaaia: accélération calculée, en m/s2; amateur: accélération créée par les forces motrices s'appliquant au 20 véhicule, en m/s2; ares: accélération due aux forces résistantes aérodynamiques et de roulement des pneus, en m/s2; afreinage: accélération créée par les forces de freinage s'appliquant au véhicule, fonction prédéterminée, en m/s2; 2857444 10 acapteur: accélération longitudinale fournie par le capteur de pente, en mise; vl: bruit prédéterminé associée à la mesure du capteur de pente, en m/s2; v2: bruit prédéterminé associé à la mesure de la vitesse, en m/s w1: bruit prédéterminé associé à l'accélération du véhicule, en m/s2; w2: bruit prédéterminé associé à la dérivée par rapport au temps de âp, en rad/s; w3: bruit prédéterminé associé à la dérivée par rapport au temps de 10 bp, en m/s3. On obtient alors une estimation de la déclivité âp. La figure 4 illustre une amélioration du dispositif d'estimation de déclivité de la figure 3 comprenant en outre un bloc 13 apte à superviser le fonctionnement du dispositif d'estimation en déterminant une situation parmi un ensemble de situations prédéterminées comprenant une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. Le bloc 13 reçoit en outre du bloc 8, l'estimation ' par la connexion 12 qui transmet l'estimation de la déclivité âp. La connexion 5 fournit en outre la vitesse V,, au bloc 13. Le bloc 13 détermine, au moyen de données transmises du bloc 8 par la connexion 14, laquelle de ces situation correspond à l'instant présent, et transmet au bloc 8, par la connexion ladite situation et un jeu de valeurs de bruits (vl, v2, w1, w2, w3) prédéterminé associé à ladite situation. On améliore ainsi la précision de l'estimation en fonction de la situation du véhicule. En outre dans la situation d'arrêt il est possible d'avoir des équations simplifiées: idâ dtp =0+w1 acapteur g.âp + vl dans lesquelles: 11 âp: estimation de la pente, en rad; acapteur: accélération longitudinale fournie par le capteur de pente, enm/s2; vl: bruit prédéterminé associée à la mesure du capteur de pente, en m/s2; w2: bruit prédéterminé associé à la dérivée par rapport au temps de âp, en rad/s; L'invention permet d'avoir une estimation précise de la déclivité de manière continue, dans toutes les phases de conduite. L'invention permet également de tenir compte de la variation de paramètres du véhicule, comme sa masse et le coefficient de friction des plaquettes de freinage. 2857444 12 REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation de la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile, caractérisé par le fait que l'on estime la déclivité (âp) par analyse d'erreurs, au moyen d'un filtrage utilisant une modélisation statistique, ladite analyse d'erreurs comprenant le calcul d'une estimation d'une variation d'accélération due à des paramètres, et la prise en compte de bruits sur des données estimées et des données d'entrées comprenant la vitesse du véhicule (VX), la vitesse de rotation du moteur (c)moteur), et le couple du moteur (Cmoteur) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits paramètres de ladite estimation de variation d'accélération comprennent une variation de masse (AM) du véhicule par rapport à une valeur de référence, une variation de coefficient de friction (D ) des plaquettes de freinage par rapport à une valeur de référence, des erreurs du modèle (e), et la déclivité (âp) . 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on calcule ladite déclivité (64) à partir de ladite estimation de variation d'accélération (Spa) en calculant la variation d'accélération due à la déclivité (â p), en négligeant la variation d'accélération due aux erreurs du modèle (E), et en estimant la variation d'accélération dues aux variations de la masse (AM) du véhicule et du coefficient de friction (A ) des plaquettes de freinage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on détermine une situation du véhicule parmi un ensemble de situations prédéterminées, et on associe un jeu de 2857444 13 valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée correspondant à ladite situation. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdites situations prédéterminées comprennent une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données en entrée comprennent en outre une mesure d'accélération longitudinale (acapteur) du véhicule fournie par un capteur de pente et que lesdits paramètres de ladite estimation de variation d'accélération comprennent une variation de masse (AM) du véhicule par rapport à une valeur de référence, une variation de coefficient de friction (A ) des plaquettes de freinage par rapport à une valeur de référence, et des erreurs du modèle (s). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisée par le fait que l'on détermine une situation du véhicule parmi un ensemble de situations prédéterminées, et on associe un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée correspondant à ladite situation. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdites situations prédéterminées comprennent une situation d'initialisation, une situation nominale, une situation de démarrage, une situation d'arrêt, et une situation transitoire. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on utilise un filtrage par filtre de Kalman. 12. Dispositif d'estimation de la déclivité d'une surface sur laquelle est engagé un véhicule automobile, comprenant un capteur de vitesse, un capteur de consigne de freinage, et une unité de commande électronique à laquelle sont raccordés lesdits capteurs, caractérisé en ce que l'unité de 2857444 14 commande électronique comprend des moyens d'analyse d'erreurs (3,4,8) dans des données d'entrée, comprenant la vitesse (Vx) du véhicule, la vitesse de rotation du moteur (Wmoteur), et le couple du moteur (Cmoteur), lesdits moyens d'analyse d'erreurs effectuant un filtrage utilisant une modélisation statistique. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un capteur de pente relié à l'unité de commande électronique et que lesdites données d'entrée desdits moyens d'analyse d'erreurs comprennent une mesure d'accélération longitudinale (acapteur) du véhicule fournie par ledit capteur de pente. 14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé par le fait que l'unité de commande électronique comprend en outre des moyens de supervision (13) pour déterminer une situation du véhicule parmi un ensemble de situations prédéterminées et y associer un jeu de valeurs prédéterminé des bruits sur les données estimées et les données d'entrée de ladite situation permettant aux moyens d'analyse de tenir compte de la situation du véhicule.