Brevet FR2867435A1 — publié le 20050916

La présente invention concerne les systèmes de freinage actif pour véhicules automobiles. Avec les systèmes électroniques actuellement embarqués dans les véhicules, les systèmes de freinage ont évolué d'un système dans lequel le réseau hydraulique d'actionnement des freins est centralisé et génère une force sensiblement égale à chaque roue du véhicule vers un système électrique comportant un système de pilotage électronique centralisé qui transmet des consignes de couple de freinage à des systèmes hydrauliques locaux associés à chaque roue. Ces nouveaux systèmes intègrent des algorithmes de répartition électronique de freinage (REF) dont le but est de garantir un freinage optimal en terme de forces générées en distribuant classiquement les pressions de freinage entre essieux avant et arrière. L'optimum correspond au cas où les limites d'adhérence sont atteintes au même moment pour les roues avant et arrière sans qu'il y ait blocage des roues. Il doit être noté que pour des raisons de sécurité, l'algorithme doit interdire une situation dans laquelle les roues arrière se bloquent avant les roues avant. En effet, dans cette situation, le véhicule n'est plus stable et peut partir en tête à queue. Toute chose étant égale par ailleurs, les limites d'adhérence dépendent de l'accélération longitudinale subie par le véhicule et de la répartition des masses de celui-ci. La décélération subie par le véhicule est, dans les systèmes actuels, interprétée d'après la demande du conducteur sur la pédale de frein. C'est donc un 25 système en boucle ouverte puisqu'il n'y a pas de mesure en retour. Par ailleurs, la répartition des masses est supposée constante ce qui est pratiquement faux puisque celle-ci varie avec le nombre d'occupants du véhicule et avec son chargement. Ceci peut être expliqué en considérant les équations de freinage utilisées. Pour un véhicule, l'accélération longitudinale ax(t) de celui est dictée par l'équation mtax(t)=EFxi(t)où mt est la masse totale du véhicule et Fxi la force longitudinale s'exerçant sur une roue i, celle-ci étant sommée pour les quatre roues. 2867435 2 En supposant la situation idéale (freinage en ligne droite, adhérence symétrique) et les forces de freinage atteignant leurs maximums au même instant, on obtient l'équation Fxi (t) = llmax ÉFzi (t) où pmax est le maximum d'adhérence possible dépendant uniquement de la nature du contact entre le pneumatique et le sol et FZ;(t) est la force normale s'exerçant sur la roue i. Ainsi, à la limite physique des pneumatiques, on obtient pmax = 9 et a donc Fxi (t) = g.FZI (t) Classiquement, la REF utilise une approximation dans la répartition des masses du véhicule dans laquelle la masse sur le train avant mav = LLr mt avec L la longueur du véhicule et Lar la distance du centre de gravité du véhicule à l'arrière de celui-ci. Pareillement, la masse sur le train arrière peut s'écrire: mar Lar mt. L Ainsi à l'équilibre statique, la force normale s'exerçant sur le train avant devient Fzaavique = m av g Lar mtg et sur le train arrière L Fstatique Lav zar =mars= L mg. En dynamique, la charge devient alors approximativement *statique _ h m a 1/t rFzav(t\ / = zav L t x F t l F statique + h m a (t l zar\ I zar L x\ / où h est la hauteur du centre de gravité du véhicule. Soit afreinage(t) le coefficient de répartition du freinage en fonction de l'accélération du véhicule, celui est égal à Fxar (t) = a freinage (t). Fxav (t) et donc, tout calcul fait, Lav + ax (t) h g Lar ax (t) h g a freinage (ax (t!1 et ne dépend donc que de l'accélération longitudinale ax(t). L'accélération ax(t) est interprétée de la demande du conducteur sur la pédale de frein. Sachant que, pratiquement, on utilise les trois paramètres nominaux de 5 masse m, , ma , -nia, , correspondant à un changement nominal, on conçoit donc aisément que le coefficient de répartition n'est pas optimal. Les efforts longitudinaux de consigne pour chaque train de roues sont F (t) = m afreinage (t) a t xar\ / l+a (t) ( freinage Ils sont classiquement transformés en couples de freinage de consigne 10 par {Cf., (t) = Rayon roueav.Fxav (t C far (t) = Rayon _ roue, .Fxar (t) Les approximations qui sont ainsi faites amènent à concevoir des systèmes de freinage ayant des marges de sécurité importantes et qui sont donc loin de l'optimum théorique. Or, il existe maintenant de nouveaux capteurs capables d'acquérir les forces qui s'exercent sur un pneumatique. Le brevet EP 0 906 206 décrit un procédé de régulation du comportement de conduite d'un véhicule dans lequel de tels capteurs d'efforts de pneumatiques sont utilisés pour déterminer les forces s'exerçant sur les roues, ces forces constituant la grandeur de régulation du procédé. Ce brevet décrit une application possible de ce procédé à la régulation électronique du freinage. Si le principe d'une boucle de régulation est ainsi bien connu, il apparaît que les architectures des systèmes de freinage actuels ne permettent pas une mise en oeuvre aisée car elles ont été conçues dans une approche de régulation en boucle ouverte. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient, à savoir définir une architecture de système de freinage qui utilise les capteurs pneumatiques pour générer un freinage efficace et en particulier une répartition électronique de freinage optimale. alors Fxav (t) = Mt r} ax (t) 1+a freinage\t! L'objet de l'invention est donc un système de freinage actif pour véhicule automobile comportant des moyens de commande de freinage du véhicule pilotés par le conducteur et raccordés à des moyens de traitement d'informations adaptés pour calculer des informations de consigne de freinage pour chaque roue du véhicule à partir de l'information de commande de freinage et d'autres informations relatives au comportement dynamique du véhicule et réguler en boucle fermée des moyens de freinage de chaque roue du véhicule à partir des informations de consigne de freinage correspondantes et des informations d'efforts pneumatiques délivrées par des moyens d'acquisition d'efforts pneumatiques correspondants installés sur chaque roue, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'informations comportent, d'une part, une première unité de traitement d'informations commune à toutes les roues du véhicule pour établir les informations de consignes d'efforts de freinage pour chacune d'entre elles et, d'autre part, des secondes unités de traitement d'informations spécifiques à chaque roue pour réguler en boucle fermée le fonctionnement des moyens de freinage correspondants propre à chaque roue du véhicule. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - les informations relatives au comportement dynamique du véhicule comportent les informations d'efforts pneumatiques de chaque roue, - les moyens de traitement d'informations comportent des moyens d'optimisation des informations de consigne de freinage, - les moyens d'optimisation utilisent les informations d'efforts pneumatiques normaux provenant des moyens d'acquisition d'efforts pneumatiques, afin que les limites d'adhérence de roues soient atteintes simultanément, - les moyens d'optimisation comportent des moyens de détermination de la masse totale du véhicule, de la hauteur du centre de gravité du véhicule, et des distances respectives séparant le centre de gravité des essieux avant et arrière de à partir des informations d'efforts pneumatiques normaux, afin de déterminer le rapport optimal entre les efforts de freinage avant et arrière, - les moyens d'optimisation utilisent les informations d'efforts pneumatiques longitudinaux provenant des moyens d'acquisition d'efforts pneumatiques, afin que les limites d'adhérence de roues soient atteintes simultanément, 2867435 5 - chaque seconde unité de traitement d'informations asservit, par une commande en boucle fermée, chaque consigne d'effort de freinage provenant de la première unité de traitement d'informations grâce aux moyens d'acquisition comportant des capteurs d'efforts pneumatiques longitudinaux pour chaque roue, - les moyens de freinage sont pilotés par un dispositif local de freinage de type électro-hydraulique (EHB), électro-mécanique (EMB) ou hydraulique (ABS). - les moyens de traitement d'informations sont intégrés dans un seul calculateur, ou - les moyens de traitement d'informations sont intégrés dans plusieurs 10 calculateurs, les secondes unités de traitement étant alors implantées dans des calculateurs respectifs à chaque roue. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faites en référence aux dessins annexés, et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'ensemble de l'invention; - la figure 2 est un schéma de l'architecture fonctionnelle de l'invention; - la figure 3 est un schéma de la régulation centrale du véhicule; - la figure 4 est un schéma de la régulation locale de freinage selon l'invention; - la figure 5 est un schéma d'un premier mode de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, le système de freinage actif pour véhicule automobile 1 selon l'invention comporte des moyens de commande de freinage 2 pilotés par le conducteur. Ils correspondent classiquement à la pédale de frein associée au maître-cylindre. Les moyens de commande 2 sont raccordés classiquement à des moyens de traitement d'informations 3 tels que des calculateurs automobiles. Ces moyens de traitement d'informations 3 sont, par ailleurs, raccordés à des capteurs 4 installés sur chaque roue 5 de façon à transmettre aux moyens de traitement d'informations 3 les efforts pneumatiques subis par la roue. Les efforts pneumatiques peuvent, de façon classique, se décomposer en trois forces orthogonales: une force longitudinale, axe x, dans le sens du déplacement du véhicule, une force normale, axe z, perpendiculaire à la chaussée et une force transversale, axe y, perpendiculaire horizontalement au déplacement. Chaque roue comporte un système de freins 6 qui, classiquement dans les systèmes de freinage actif, comportent un système hydraulique de freinage qui reçoit, en provenance des moyens de traitement d'information, des commandes électriques de couple de freinage à appliquer. Le système hydraulique actionne alors en conséquence les plaquettes des freins à disque pour provoquer le freinage demandé. Afin de permettre un contrôle précis du freinage, les moyens de traitement d'informations 3 comportent deux unités: une première unité 7 est en charge du comportement global du véhicule au freinage et une seconde unité 8 est responsable de la régulation locale du freinage sur chaque roue. Le fonctionnement du système, figure 2, est le suivant. La première unité 7 reçoit la commande de freinage 2 ainsi que des informations générales 9 sur le comportement dynamique du véhicule comme sa vitesse, son accélération, la position du volant, ... et en particulier des informations provenant des capteurs d'efforts pneumatiques 4. De ces informations et de modèles de comportement préétablis stockés dans l'unité, cette première unité 7 déduit une répartition des couples de freinage entre les roues, en particulier entre le train avant et le train arrière, afin d'obtenir un freinage optimal. En reprenant les équations exposés précédemment, il est maintenant possible de remplacer les valeurs nominales, et approximatives, mav, mar et h par leurs valeurs calculées à partir des conditions réelles. Ainsi, les masses avant et arrière peuvent être déduites des forces normales sur les trains avant et arrières telles que détectées par les capteurs d'efforts pneumatiques = Fzav mav Fg tzar mar g freinage 2867435 On conçoit que la précision des masses n'est plus dépendante que de la précision des capteurs. II est aussi possible de calculer la hauteur h du centre de gravité du véhicule par une modélisation simple de celui-ci, modélisation dont le paramètre principal est le débattement de la suspension et des pneumatiques, lequel débattement dépend des masses supportées. Ainsi h devient fonction des masses: h = f (mav, mar). En reprenant les calculs présentés précédemment avec ces nouvelles valeurs, on obtient L L Lav + ax(t) a freinage (ax (t = h g( ) t Lar ax (t) h g Fxav(t)= Mt (t) ax(t} 1+a freinage Fxar (t) = mt freinage (t) a t l + a (t) Les valeurs étant actualisées en fonction de la charge réelle du véhicule 15 sont donc beaucoup plus précises. Ainsi, la première unité 7 de traitement d'informations, figure 3, reçoit la consigne de freinage ax ainsi que les efforts pneumatiques avant et arrière Fzav, Fzar pour calculer les consignes en couples de freinage Fxcav, FxcarÉ Les informations de couples de freinage sont reçues par la seconde unité 8 qui, pour chaque roue, établit un système de contrôle/commande en boucle fermée, figure 4. Pour chaque roue, cette seconde unité 8 reçoit d'une part la consigne en couple de freinage Fxc provenant de la première unité 7 et, d'autre part, la force longitudinale Fxm subie par la roue et fournie par les capteurs d'efforts et donc pneumatiques 4. Cette seconde unité en déduit en 10 un nouveau couple de freinage qui est transmis en 11 au dispositif local de freinage de la roue correspondante. Le dispositif local de freinage 11 se compose par exemple d'un système 5 de freinage électro-hydraulique (EHB), d'un système de freinage électromécanique (EMB) ou d'un système hydraulique (ABS). Le dispositif local de freinage 11 est ainsi apte à transposer le nouveau couple de freinage en pression ou en courant de sorte à appliquer un couple de freinage à la roue dont la valeur est mesurée par le capteur d'efforts pneumatiques 4. Dans l'implémentation physique de l'invention décrite ci-dessus, figure 5, les première 7 et seconde 8 unités sont séparées entre un calculateur central qui contient la première unité 7 et des calculateurs décentralisés auprès de chaque roue 5 et contenant la seconde unité 8, celle-ci étant ainsi dupliquée. La communication entre le calculateur central et les calculateurs décentralisés est effectuée par l'intermédiaire d'une liaison de données, comme, par exemple, un bus CAN. Une autre implémentation physique de l'invention, figure 6, consiste à regrouper dans un seul calculateur central les première et seconde unités 7, 8. Celles-ci se comportent alors, classiquement, comme des tâches gérées par le système d'exploitation de ce calculateur, la coordination entre ces tâches s'effectuant de manière classique par sémaphore et boîte aux lettres. Dans l'implémentation de l'invention décrite, les capteurs d'efforts pneumatiques permettent de détecter les forces longitudinales et normales qui 25 s'appliquent sur la roue. Une implémentation bas coût de l'invention est mise en oeuvre par l'utilisation des capteurs d'efforts pneumatiques qui ne génèrent que des informations sur la force longitudinale subie par la roue. La première unité calcule alors la répartition optimale aux quatre roues 30 en n'utilisant que ces forces longitudinales. Comme indiqué, les forces normales servent à déterminer la répartition des masses mt, mav, mar. En conséquence, l'absence de capteurs permettant de détecter les forces normales nécessite l'utilisation des approximations de ces masses tel qu'expliqué dans la description de l'art antérieur. Cette approximation peut toutefois être réduite en utilisant des informations accessibles sur le réseau de commande du véhicule de façon classique telles que l'état de l'embrayage, le couple délivré par le moteur aux roues et l'utilisation de la pédale de frein. Il est ainsi possible d'estimer la masse totale du véhicule en connaissant l'effort de traction du moteur quand aucun freinage n'est appliqué et la transmission embrayée. Or cet effort de traction peut être déduit sans difficulté des efforts longitudinaux et du couple moteur. Connaissant alors la masse totale, il est possible de faire l'hypothèse que la différence de celle-ci avec la masse nominale correspond à un chargement du coffre et donc à une augmentation du la masse arrière uniquement. L'invention permet ainsi, de façon particulièrement avantageuse, l'utilisation de capteurs d'efforts pneumatiques pour réguler une répartition électronique de freinage. 2867435 10 REVENDICATIONS 1. Système de freinage actif pour véhicule automobile (1) comportant des moyens de commande (2) de freinage du véhicule pilotés par le conducteur et raccordés à des moyens de traitement d'informations (3) adaptés pour calculer des informations de consigne de freinage pour chaque roue du véhicule à partir de l'information de commande de freinage et d'autres informations relatives au comportement dynamique du véhicule et réguler en boucle fermée des moyens de freinage (6) de chaque roue du véhicule à partir des informations de consigne de freinage correspondantes et des informations d'efforts pneumatiques délivrées par des moyens d'acquisition (4) d'efforts pneumatiques correspondants installés sur chaque roue, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'informations (3) comportent, d'une part, une première unité de traitement d'informations (7) commune à toutes les roues du véhicule pour établir les informations de consignes d'efforts de freinage pour chacune d'entre elles et, d'autre part, des secondes unités de traitement (8) d'informations spécifiques à chaque roue pour réguler en boucle fermée le fonctionnement des moyens de freinage (6) correspondants propre à chaque roue du véhicule. 2. Système de freinage actif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations relatives au comportement dynamique du véhicule comportent 20 les informations d'efforts pneumatiques de chaque roue. 3. Système de freinage actif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'informations (3) comportent des moyens d'optimisation des informations de consigne de freinage. 4. Système de freinage actif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'optimisation utilisent les informations d'efforts pneumatiques normaux provenant des moyens d'acquisition (4) d'efforts pneumatiques, afin que les limites d'adhérence de roues soient atteintes simultanément. 5. Système de freinage actif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'optimisation comportent des moyens de détermination de la masse totale du véhicule, de la hauteur du centre de gravité du véhicule, et des distances respectives séparant le centre de gravité des essieux avant et arrière de à partir des informations d'efforts pneumatiques normaux, afin de déterminer le rapport optimal entre les efforts de freinage avant et arrière. 6. Système de freinage actif selon la revendication 3, caractérisé en ce 35 que les moyens d'optimisation utilisent les informations d'efforts pneumatiques longitudinaux provenant des moyens d'acquisition (4) d'efforts pneumatiques, afin que les limites d'adhérence de roues soient atteintes simultanément. 7. Système de freinage actif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque seconde unité (8) de traitement d'informations asservit, par une commande en boucle fermée, chaque consigne d'effort de freinage provenant de la première unité (7) de traitement d'informations grâce aux moyens d'acquisition (4) comportant des capteurs d'efforts pneumatiques longitudinaux pour chaque roue. 8. Système de freinage actif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de freinage 6 sont pilotés par un dispositif local de freinage 11 de type électro-hydraulique (EHB), électro-mécanique (EMB) ou hydraulique (ABS). 9. Système de freinage actif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'informations (3) sont intégrés dans un seul calculateur. 10. Système de freinage actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'informations (3) sont intégrés dans plusieurs calculateurs, les secondes unités de traitement (8) étant alors implantées dans des calculateurs respectifs à chaque roue.