Brevet FR2864001A1 — publié le 20050624

Procédé et système de commande du braquage de roue arrière directrice et véhicule correspondant. La présente invention relève du domaine des systèmes de commande de véhicules terrestres, en particulier de véhicules automobiles à roues. De façon classique, les véhicules automobiles sont pourvus d'un châssis, d'un habitacle, de roues reliées au châssis par un mécanisme de suspension avec des roues avant directrices commandées par un volant à la disposition du conducteur dans l'habitacle du véhicule. Le document FR-A-2 681 303 décrit un dispositif de commande de direction arrière pour véhicule automobile à quatre roues directrices, comprenant une plaque formant came et deux galets disposés dans un même plan médian vertical contenant l'axe longitudinal d'une barre de direction arrière commandant le pivotement des roues arrière. Ce document décrit également que pour obtenir le meilleur comportement routier possible du véhicule, il est nécessaire de braquer les roues arrière dans le même sens que les roues avant pour une valeur d'angle de braquage du volant inférieure à une valeur de seuil prédéterminée dans le sens opposé aux roues avant lorsque la valeur d'angle de braquage dépasse la valeur de seuil. On obtiendrait ainsi un effet survireur souhaitable du véhicule lorsque l'angle de braquage est relativement important, par exemple lorsqu'on gare le véhicule dans un garage ou un parc de stationnement, et un effet sous- vireur également souhaitable lorsque l'angle de braquage est relativement petit comme c'est le cas lorsque le véhicule roule relativement rapidement. Toutefois, un tel dispositif, relativement fruste, ne permet pas d'agir finement sur le comportement du véhicule. 2864001 2 L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un procédé et un système de commande évolués, permettant d'améliorer le comportement du véhicule et par conséquent la sécurité du conducteur et le confort de conduite. Le procédé de commande du braquage de roue arrière directrice, selon un aspect de l'invention, est destiné à un véhicule à au moins trois roues directrices. En fonction de l'angle de braquage de roue avant, de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière, on élabore une consigne actuelle de braquage de roue arrière. On peut utiliser une loi de commande avec stratégie en boucle ouverte pour régler les réponses transitoire et statique du véhicule à un coup de volant. Un tel procédé peut être mis en oeuvre grâce à un dispositif de I pilotage de roue arrière, au moins un capteur permettant d'estimer la vitesse longitudinale du véhicule, au moins un moyen électronique de calcul et un capteur d'angle du volant. Dans un mode de réalisation de l'invention, les données de déplacement du véhicule comprennent la vitesse du véhicule, de façon que la consigne actuelle de braquage de roue arrière soit établie en fonction de la vitesse du véhicule. Dans un mode de réalisation de l'invention, on élabore une consigne actuelle de braquage de roue arrière avec des paramètres de réglage neutres sur le comportement du véhicule lorsque lesdits paramètres de réglage sont égaux à un. Avantageusement, les données de déplacement du véhicule comprennent la vitesse de lacet et/ou la dérive au centre de gravité du véhicule. Dans un mode de réalisation de l'invention, on estime des données d'état du véhicule à partir des données d'entrée. Les données 2864001 3 d'état estimées peuvent comprendre la vitesse de lacet, l'angle de dérive et l'angle de braquage de roue arrière. Les données d'état estimées peuvent comprendre, en outre, une perturbation estimée. Dans un mode de réalisation de l'invention, la consigne actuelle de braquage de roue arrière est égale à la différence entre une consigne dynamique et une consigne statique. La consigne dynamique peut être élaborée à partir d'un correcteur appliqué à des données d'état estimées. La consigne statique peut être élaborée à partir d'un correcteur appliqué à des données d'état estimées et d'un paramètre de réglage. Le correcteur peut être interpolé en fonction de la vitesse. L'invention propose également un programme de commande du braquage de roue arrière directrice pour un véhicule à au moins trois roues directrices, dans lequel, en fonction de l'angle de braquage de roues avant, de données de déplacement du véhicule et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière, ledit programme élabore une consigne actuelle de braquage de roue arrière. La présente invention propose également un système de commande du braquage de roue arrière directrice pour véhicule à au moins trois roues directrices, comprenant un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de braquage de roue arrière en fonction de l'angle de braquage de roue avant, de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière. Le système peut comprendre un module d'estimation des données d'état du véhicule à partir des données d'entrée, un module d'élaboration d'une consigne dynamique, un module d'élaboration d'une consigne statique, et un module de combinaison de la consigne dynamique et de la consigne statique. Le module de combinaison peut être un soustracteur. L'invention propose également un véhicule pourvu d'un châssis et d'au moins trois roues directrices reliées élastiquement au châssis, et 2864001 4 d'un système de commande du braquage de roue arrière directrice comprenant un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de braquage de roue arrière en fonction de l'angle de braquage de roue avant, de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière. L'invention permet à un véhicule d'adopter le comportement le plus stable possible, quel que soit la sollicitation du conducteur ou l'état de la chaussée. Il convient de tenir compte de certaines situations susceptibles d'engendrer une perte de contrôle du véhicule, par exemple un évitement d'obstacle simple ou double. L'invention permet de réduire les risques de perte de contrôle dans ce type de cas, qui peuvent être dus à une réponse du véhicule inadaptée car trop vive, pas assez amortie ou encore peu prévisible. Par ailleurs, l'invention permet un accroissement de la sensation de sécurité, du confort et du plaisir de conduite. L'invention s'applique à des véhicules à quatre roues, deux avant et deux arrière, à trois roues, ou encore à des véhicules à six roues ou plus, dont au moins quatre directrices. Le système de commande de roue directrices arrière sur véhicule à quatre roues directrices permet de minimiser, en tenant compte de la vitesse du véhicule, la réponse latérale du véhicule à un coup de volant du conducteur. L'optimisation est faite suivant des critères de sécurité, de confort et d'agrément de conduite. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule équipé d'un système de commande selon un aspect de l'invention; et 2864001 5 -la figure 2 est un schéma logique du système. Comme on peut le voir sur la figure 1, le véhicule 1 comprend un châssis 2, deux roues avant directrices 3 et 4 et deux roues arrière directrices 5 et 6, les roues étant reliées au châssis 2 par un mécanisme de suspension non représenté. Le véhicule 1 se complète par un système de direction 7 comprenant une crémaillère 8 disposée entre les roues avant 3 et 4, un actionneur de crémaillère 9 apte à orienter les roues avant 3 et 4 par l'intermédiaire de la crémaillère 8 en fonction d'ordres reçus, de façon mécanique ou électrique, en provenance d'un volant de direction non représenté, à disposition d'un conducteur du véhicule. Le système de commande d'aide au braquage 10 comprend une unité de commande 11, un capteur 12 de la position de braquage des roues avant 3 et 4, par exemple positionné sur l'actionneur 9, un capteur 13 de la vitesse de rotation des roues avant permettant de déterminer la vitesse V du véhicule, un capteur 14 de la vitesse de lacet tif du véhicule, c'est-à-dire de la vitesse de rotation du véhicule autour de son centre de gravité suivant un axe vertical, et un capteur 15 de l'accélération latérale au centre de gravité du véhicule. En outre, le système 10 comprend des capteurs 17 et 18 de l'angle de braquage des roues arrière 5 et 6, et des actionneurs 19 et 20 permettant d'orienter lesdites roues arrière 5 et 6. Toutefois, un seul capteur 17 et un seul actionneur 19 peuvent suffire à la détection de l'angle de braquage et à l'orientation des roues arrière 5 et 6. Les capteurs de position et de vitesse peuvent être de type optique ou encore magnétique, par exemple à effet Hall, coopérant avec un codeur solidaire d'une partie mobile tandis que le capteur est non tournant. L'unité de commande 11 peut être réalisée sous la forme d'un microprocesseur équipé d'une mémoire vive, d'une mémoire morte, 2864001 6 d'une unité centrale et d'interfaces d'entrée/sortie permettant de recevoir des informations des capteurs et d'envoyer des instructions, notamment aux actionneurs 19 et 20. Plus précisément, l'unité de commande 11 comprend un bloc d'entrée 12 recevant les signaux en provenance des capteurs 12 à 14, et notamment la vitesse du véhicule V, la vitesse de lacet et l'angle de roues avant a,. La vitesse du véhicule peut être obtenue en faisant la moyenne de la vitesse des roues avant ou des roues arrière telle que mesurée par les capteurs d'un système antiblocage de roues. Dans ce cas, il est prévu un capteur 13 par roue, le système antiblocage de roues comprenant une sortie reliée à une entrée de l'unité de commande 11 pour fournir l'information de vitesse du véhicule. Alternativement, chaque capteur 13 est relié à une entrée de l'unité de commande 11, l'unité de commande 11 effectuant alors la moyenne dé la vitesse des roues. L'unité de commande 11 comprend également un observateur d'état 23, permettant d'estimer les informations qui ne sont pas mesurées et qui sont nécessaires à la commande, entre autres les perturbations qui agissent sur le véhicule. L'observateur d'état 23 peut par exemple être construit à partir d'un modèle de véhicule à deux roues directrices sans ballant en faisant l'hypothèse qu'une perturbation d de type échelon peut agir directement sur la vitesse de lacet du véhicule sur un intervalle de temps fini. Une dynamique qui modélise le comportement de l'actionneur peut être ajoutée L'équation d'état associée au modèle étendu par la perturbation, est la suivante: â " D1L7 + D2L2,2 D2L2 D1L1 D2L2 o Vlz 'z lz 1+D2L2 DILI D1+D2 D2 0 MV2 MV MV 0 0 0 1 T 0 0 0 0, /D1Li LZ D1 MV 0 al a2 + y = (l 0 0 1) dans laquelle on note y la sortie considérée, M la masse totale du véhicule, IZ l'inertie du véhicule autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, L1 la distance du centre de gravité à l'essieu avant, L2 la distance du centre de gravité à l'essieu arrière, L l'empattement du véhicule égal à Ll+L2, D1 la rigidité de dérive avant, D2 la rigidité de dérive arrière, al l'angle des roues avant avec l'axe longitudinal du véhicule, a2 l'angle de consigne des roues arrière, af2 l'angle de braquage réel des roues arrière, V la vitesse du véhicule, yi la vitesse de lacet, f3 l'angle de dérive, c'est- à-dire de l'angle que fait le vecteur vitesse du véhicule avec l'axe longitudinal dudit véhicule., et 't le temps de réponse de l'actionneur. À partir de ce modèle, on développe la théorie classique des observateurs linéaires. L'observateur d'état 23 permet d'estimer les états du véhicule et l'ensemble des perturbations qui agissent sur le véhicule. L'observateur d'état peut donc utiliser l'équation suivante: _ o o J al + Ko(V)(t/f - ) o + 1 z D1 MV a2 + o Iz @ = (1 0 0 1) avec A qui signifie que les valeurs sont estimées, d la perturbation subie par le véhicule, et Ko(V) le paramètre de réglage de l'observateur d'état qui évolue en fonction de la vitesse du véhicule. Les quatre valeurs estimées tif, /3, âf2 et a fournissent une estimation de l'état du véhicule qui pourrait être utilisée par d'autres éléments de l'unité de commande 11. L'unité de commande 11 comprend en outre un bloc 24 de calcul des transitoires. Le bloc 24 calcule la valeur de commande de l'angle de braquage des roues arrière 5 et 6 noté a2 _ transitoire qui permet d'agir sur la dynamique de la réponse transitoire. Le calcul peut être effectué par une technique de placement de pôles. On peut se référer à cet égard au document Kautsky, J. et N.K. Nichols, Robust Pole Assignment in Linear State Feedback , Int. J. Control, 41 (1985), pages 1129-1155. Si on note [al(V)+bl(V)i (a2(V)+b2(V)i (a3(V)+b3(V)i]. Les trois pôles du système décrit ci-dessus sans la perturbation, a(V) et b(V) correspondant respectivement aux parties réelles et imaginaires de chacun des pôles à la vitesse V, on cherche le correcteur K=[K1(V) K2(V) K3(V)] qui placera les pôles du système bouclé en [Tdyn11(V).al(V)+Tdyn12(V).b1(V).i Tdyn21(V).a2(V)+Tdyn22(V).b2(V).i Tdyn31(V).a3(V)+Tdyn32(V).b3(V).i] Tdyn11, Tdyn12, Tdyn21, Tdyn22, Tdyn31, Tdyn32 étant les paramètres de réglage (variables en fonction de la vitesse du véhicule V de la réponse transitoire du véhicule. Le correcteur K(Vo) peut se calculer, pour chaque vitesse Vo choisie, par la méthode de placement de pôles décrite dans le document précité. Le correcteur K(V) est ensuite interpolé en fonction de la vitesse. On obtient ainsi la variable de commande: a2 Transitoire = K1(V)4 + K2(V) + K3(V)âf2 On notera que si les paramètres de réglage sont égaux à 1, on ne modifie pas la réponse dynamique du véhicule, qu'un paramètre supérieur à 1 se traduit par une augmentation de la vivacité de la réponse du véhicule et qu'un paramètre inférieur à 1 se traduit par une diminution de la vivacité de la réponse du véhicule. On peut prévoir, à titre d'exemple de réglage: Tdyn11 = 0,8 Tdyn12 = 0 Tdyn21 = 0,8 Tdyn22 = 0 Tdyn31 = 0,8 Tdyn32 = 0 Un tel réglage permet de ralentir la réponse dynamique du véhicule et de supprimer les oscillations en vitesse de lacet et dérive du véhicule. À vitesse élevée, 90 km/h par exemple, ce réglage permet d'optimiser le passage d'un double changement de file. 2864001 10 L'unité de commande 11 comprend en outre un bloc 25 de calcul de la commande statique notée a2-statique recevant en entrée l'angle de braquage al de roues avant tel que mesuré par le capteur 12, les coefficients K1, K2 et K3 calculés le bloc 24 et la vitesse V du véhicule mesurée par le capteur 13. La commande a2-statique permet d'agir sur la réponse statique du véhicule et de modifier la valeur stabilisée de la vitesse de lacet obtenue suite à un coup de volant d'amplitude donnée. Le résultat peut être exprimé par comparaison avec le gain statique qu'on obtiendrait sur le véhicule dont les roues arrière sont non directrices. où Tgs est le paramètre de réglage qui a2-statique = L(1-Tgs(V)).(1+K3(V)) +Tgs(V).(K1(V).Gy,+K2(V).Gp2)+K2(V)]cr1 avec: V G _ L + M' (L2D2 LiD1) LD1 D2 STABILISE Tgs. STABILISE _ a1 J4RD L a1 2RD peut varier, si nécessaire, en fonction de la vitesse V. La deuxième partie de la commande se calcule en fonction de Tgs de la façon suivante: G132 =Gty Ll + L2MVl V LD1) Si Tgs est égal à 1, la réponse statique du véhicule n'est pas modifiée et donc identique à celle d'un véhicule à roues arrière non directrices. Une valeur du coefficient Tgs supérieure à 1 se traduit par une augmentation de la réponse statique du véhicule, tandis qu'une valeur inférieure à 1 se traduit par une diminution de la réponse statique 2864001 11 du véhicule. On peut prévoir Tgs=1,2 pour une vitesse de 90 km/h, ce qui permet de rendre la réponse du véhicule plus directe et donc d'optimiser le passage d'un double changement de file. L'unité de commande 11 se complète par un soustracteur 26, une sortie 27 et un retard unitaire 28. Le soustracteur 26 reçoit sur son entrée positive la sortie de commande a2-transitoire du bloc 24 et sur son entrée négative la sortie de commande a2-statique du bloc 25. La sortie du soustracteur 26 est reliée, d'une part, à la sortie générale 27 de l'unité de commande 11, et, d'autre part, au retard unitaire 28, dont la sortie est reliée à une entrée de l'observateur d'état 23 pour lui fournir l'angle de braquage des roues arrière à un instant précédent. La présente invention propose un système de commande de braquage de roues arrière avec structure en boucle fermée au moyen d'un contrôleur permettant de modifier la dynamique du système et un gain permettant le réglage du gain statique, le tout variable en fonction de la vitesse. La stratégie de commande permet de régler la partie transitoire de la réponse latérale du véhicule à un coup de volant. En particulier, on peut régler la vitesse de la réponse ainsi que son amortissement. Le réglage final, fonction de la vitesse du véhicule, permet d'optimiser l'efficacité et la facilité de passage d'un double changement de file ou encore la manoeuvre à basse vitesse. La stratégie de commande permet de régler la partie statique de la réponse latérale du véhicule à un coup de volant. Le réglage final, fonction de la vitesse du véhicule, permet par exemple d'optimiser l'efficacité et la facilité de passage d'un double changement de file et/ou la manoeuvre à basse vitesse. Les parties statique et dynamique de la réponse du véhicule peuvent faire l'objet d'un réglage indépendant. La structure en boucle 2864001 12 fermée assure une excellente précision et une robustesse élevée. En outre, il est possible de tenir compte de la dynamique de l'actionneur 9 des roues avant 3 et 4 et des actionneurs 19 et 20 des roues arrière 5 et 6. Le réglage des paramètres est rapide et intuitif, car lesdits paramètres sont liés aux performances minimales du véhicule, c'est-à-dire aux performances d'un véhicule à roues arrière non directrices. En effet, des paramètres de réglage égaux à 1 ne modifient pas le comportement du véhicule, alors que des paramètres de réglage supérieurs à 1 rendent le comportement plus vif et plus direct et vice-versa. REVENDICATIONS 1-Procédé de commande du braquage de roue arrière directrice pour un véhicule à au moins trois roues directrices, dans lequel en fonction de l'angle de braquage de roue avant, de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière, on élabore une consigne actuelle de braquage de roue arrière. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel les données de déplacement du véhicule comprennent la vitesse du véhicule de façon que la consigne actuelle de braquage de roue arrière soit établie en fonction de la vitesse du véhicule. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on élabore une consigne actuelle de braquage de roue arrière avec des paramètres de réglage neutres sur le comportement du véhicule lorsque lesdits paramètres de réglage sont égaux à un. 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données de déplacement du véhicule comprennent la vitesse de lacet. 5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données de déplacement du véhicule comprennent la dérive au centre de gravité du véhicule. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on estime des données d'état du véhicule à partir des données d'entrée. 7-Procédé selon la revendication 6, dans lequel les données d'état estimées comprennent la vitesse de lacet tjr, l'angle de dérive 0, et l'angle de braquage de roue arrière a2. 8-Procédé selon la revendication 7, dans lequel les données d'état estimées comprennent, en outre, une perturbation estimée d. 9-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne actuelle de braquage de roue arrière est égale à la différence entre une consigne dynamique et une consigne statique. 2864001 14 10-Procédé selon la revendication 9, dans lequel la consigne dynamique est élaborée à partir d'un correcteur appliqué à des données d'état estimées. 11-Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la consigne statique est élaborée à partir d'un correcteur appliqué à des données d'état estimées et d'un paramètre de réglage. 12-Procédé selon la revendication 11, dans lequel le correcteur est interpolé en fonction de la vitesse. 13-Système (10) de commande du braquage de roue arrière directrice (5) pour un véhicule (1) à au moins trois roues directrices, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de braquage de roue arrière en fonction de l'angle al de braquage de roue avant (3), de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière (5). 14-Système selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'il comprend un module (23) d'estimation des données d'état du véhicule à partir des données d'entrée, un module (24) d'élaboration d'une consigne dynamique, un module (25) d'élaboration d'une consigne statique, et un module de combinaison de la consigne dynamique et de la consigne statique. 15-Système selon la revendication 14, caractérisé par le fait que ledit module de combinaison est un soustracteur (26). 16-Véhicule (1) comprenant un châssis (2) et au moins trois roues directrices (3 à 5) reliées élastiquement au châssis (2), caractérisé par le fait qu'il comprend un système (10) de commande du braquage de roue arrière directrice (5) comprenant un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de braquage de roue arrière en fonction de l'angle al de braquage de roue avant (3), de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière (5).