Brevet FR2867131A1 — publié le 20050909

L'invention concerne un procédé de validation d'un système de freinage, de type anti-blocage des roues ABS et correction de trajectoire ESP, équipant un véhicule automobile. Un tel système de freinage doit être validé dans son ensemble, dans un maximum de scenarii afin d'éviter les comportements imprévisibles lors de son fonctionnement dans le véhicule. Elle concerne de plus un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Un système de freinage ABSIESP comprend principalement d'une part un circuit hydraulique, recevant une information de pression exercée par le conducteur sur la pédale de frein, et reliant les étriers de frein des quatre roues au maître-cylindre, et d'autre part une unité de calcul électronique contenant l'algorithme de commande du circuit hydraulique. Ce calculateur électronique reçoit, par l'intermédiaire de capteurs, des informations sur la vitesse des quatre roues du véhicule, sur la vitesse de lacet et l'accélération transversale du véhicule établies à partir de l'angle volant. II commande le fonctionnement de la pompe et celui des douze électrovannes du circuit hydraulique. Les scénarii susceptibles de se produire lors du freinage d'un véhicule automobile sont très nombreux et souvent complexes. Aussi, le constructeur automobile doit valider le système de freinage dans son ensemble sur tous ces scenarii, en vérifiant son bon fonctionnement et ses performances selon des tests rapides et efficaces. II existe actuellement deux modes de validation différents: sur un véhicule réel, par des tests de freinage, sur un banc de freinage, avec un calculateur de freinage réel commandant un modèle de simulation du circuit hydraulique associé à un des étriers de frein et à un châssis modélisés également. La simulation de l'ensemble du système de freinage s'effectue en temps réel et la validation dudit système impose la simulation des défauts de fonctionnement des pannes. En particulier, il faut simuler un défaut filaire entre le calculateur de freinage et le circuit hydraulique, ainsi qu'un défaut interne au circuit hydraulique comme par exemple une panne d'une électrovanne ou une fuite dans un tuyau de raccordement. La programmation de ces défauts nécessite un procédé de modélisation modulaire en temps réel, ce qui n'est pas réalisé actuellement, pour éviter que le système global ne diverge et pour obtenir une précision satisfaisante sur les variables calculées. Le but de l'invention est d'ajuster précisément le temps d'échantillonnage du 5 modèle de simulation du circuit hydraulique de freinage pour qu'il ne s'écarte pas du circuit réel. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de validation d'un système de freinage ABS/ESP comprenant notamment un circuit hydraulique reliant les étriers de frein des quatre roues du véhicule au maître-cylindre et commandé par un calculateur électronique de commande, ledit procédé utilisant un modèle de simulation du circuit hydraulique associé à des modèles de simulation du châssis et du moteur thermique du véhicule et la simulation s'effectuant en temps réel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: détermination d'un modèle du circuit hydraulique de freinage constitué de différents modules élémentaires connectés entre eux par des échanges d'énergie, et qui délivre des informations sur la pression dans les étriers de frein et sur la pression dans le maître-cylindre; identification de tous les volumes fixes parmi les modules élémentaires, associés à une section de tuyau; résolution de l'équation de compressibilité du fluide y circulant pour obtenir le temps d'échantillonnage des volumes fixes; identification de tous les volumes variables parmi les modules élémentaires, 25 associés à la surface et à la masse de leur piston ainsi qu'à la force qui s'y exerce; - , résolution de l'équation de compressibilité du fluide y circulant pour obtenir le temps d'échantillonnage des volumes variables; choix, pour le temps d'échantillonnage du modèle du système de freinage, 30 du minimum entre les deux valeurs des temps d'échantillonnage. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé, comprenant: un calculateur électronique de commande; un modèle de simulation du circuit hydraulique, recevant du calculateur des signaux de commande de ses électrovannes et de sa pompe et délivrant un signal de pression du maître-cylindre au calculateur et un signal de pression des étriers de frein; un modèle de simulation du châssis du véhicule, recevant le signal de pression des étriers de frein et délivrant au calculateur un signal d'accélération transversale du véhicule, un signal de vitesse instantanée des roues et un signal de vitesse de lacet; un modèle de simulation du moteur thermique recevant le signal de vitesse des roues ainsi que l'angle d'enfoncement de la pédale d'accélération et délivrant un couple moteur au modèle du châssis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description du procédé, illustrée par les figures suivantes qui sont: la figure 1: un schéma électronique de principe du dispositif de mise en oeuvre du procédé de validation d'un système de freinage selon l'invention, la figure 2: un schéma fonctionnel d'un modèle de circuit hydraulique de freinage. Comme le montre le schéma de principe d'un dispositif de validation selon l'invention représenté sur la figure 1, le modèle 1 du système de freinage ABS/ESP anti-blocking system/electronic stability program - s'interface entre le calculateur électronique 2 de commande et les modèles d'environnement composé du véhicule 3 et du moteur thermique 4. Le calculateur électronique 2 reçoit en entrée d'une part la vitesse VR des quatre roues et la vitesse VL de lacet ainsi que l'accélération YT transversale du véhicule, délivrées par le modèle du châssis 3 du véhicule, et d'autre part la pression PMC dans le maître-cylindre du circuit hydraulique délivrée par le modèle 1 du système de freinage à partir de la force FF exercée par le conducteur sur la pédale de frein. Le calculateur 2 délivre en sortie, au modèle 1 du système de freinage, deux signaux de commande: la commande CE des électrovannes, généralement au nombre de douze, du circuit de freinage et la commande Cp de la pompe du circuit. Recevant par ailleurs la force FF exercée sur la pédale de frein, le modèle 1 du circuit de freinage est destiné à fournir deux informations principales: la pression PF dans les quatre étriers de frein pour alimenter le modèle 3 du châssis du véhicule, qui à son tour recalcule un couple de freinage pour alimenter le modèle de châssis et la pression Pm dans le maître-cylindre qui revient en entrée du calculateur 1. Comme cela a été décrit précédemment, le modèle 3 du châssis délivre, au calculateur 2, la vitesse VL de lacet, ainsi que la vitesse VR des roues et l'accélération transversale yT du véhicule à partir d'une information qu'il reçoit sur l'angle du volant av, la vitesse VR étant transmise en plus au modèle 4 du moteur thermique. Ce dernier, qui reçoit de plus une information sur l'angle d'enfoncement aA de la pédale d'accélérateur, calcule un couple moteur CM à fournir aux roues et envoie cette information au modèle 3 du châssis pour son fonctionnement, afin qu'il calcule la vitesse du véhicule, l'angle de lacet entre autres. Le modèle global 1 du circuit hydraulique de freinage est constitué de différents modules élémentaires dont les liaisons peuvent être caractérisées par des échanges de puissance ou d'énergie. Ces modules sont notamment le booster et maître-cylindre qui fournit la pression du fluide PME à sa sortie, les électrovannes E;, le groupe électropompe Gei les clapets C;, les tuyaux Ti et les étriers de frein Er, comme le montre le schéma de la figure 2. Le maître-cylindre a pour rôle de générer et de distribuer aux freins un fluide à partir d'un effort généré par le conducteur sur la pédale de frein. La pression dans le circuit de freinage est modulée par l'action séparée ou simultanée des électrovannes d'admission et d'échappement, et pour réduire à tout moment la pression dans les freins, indépendamment de l'état électrique des électrovannes, un clapet anti-retour est incorporé à chaque vanne d'admission. II s'ouvre quand la pression dans le maîtrecylindre est inférieure à la pression dans les étriers de frein. Selon le procédé de modélisation modulaire de type Bonds-Graph , qui repose essentiellement sur la caractérisation des phénomènes d'échanges de puissance dans un système global, appliqué au système de freinage d'un véhicule, chaque élément échange avec les éléments qui lui sont connectés un débit Q, en m3/s, et une pression P, en Pa. On modélise ainsi de manière physique le système de freinage en maîtrisant les échanges d'énergie transitant par les connexions physiques entre les éléments. Pour deux éléments considérés A et B, leurs liaisons se définissent de deux façons possibles: soit A envoie une information de débit QA vers B, qui lui renvoie une information de pression PB, soit à l'inverse A envoie une information de pression PA à l'élément B qui répond par une information de débit QB. L'adaptation d'un tel système complexe hydraulique, en temps réel, passe par la résolution d'équations différentielles, en pas fixe, traduisant les phénomènes d'échanges d'énergie. Pour cela, le procédé selon l'invention considère les différents modules du système de freinage selon deux types: - les volumes fixes: tuyaux, accumulateurs; les volumes variables: pistons par exemple. Concernant les volumes fixes, l'équation de conservation de la masse Mf du 10 fluide injecté dans un volume fixe Vf, avec un débit Q(t) variable, s'écrit: dM f =Q(tV f * dp dt dt p étant la masse volumique du fluide à l'instant t, qui varie car le fluide est 15 compressible. L'équation de compressibilité du fluide s'écrit: j=)o* p (2) a étant le coefficient de compressibilité du fluide, de sorte que la variation de pression, dans le temps, s'écrit: dPdPdPR*Q(t) dt dp dt p*Vf Si on suppose qu'en amont du volume Vf, il règne une pression Po et un débit Qa au travers du tuyau de section S,, l'équation de Bernoulli s'écrit: P+2 -- Po 2 Q (4) r*P t P D'où on déduit la valeur absolue du débit: QI St J2Pmax*p (5) (3) avec Pmax qui est la pression maximale atteinte au sein du circuit hydraulique. La variation de pression devient: Pour assurer la stabilité du système hydraulique de freinage, la variation de pression sur chaque pas de temps doit être inférieure à un pourcentage prédéfini dépendant du solveur d'équations différentielles utilisé p, soit: dP Pmax d'où dt=Tech=Vf*p*Vpo*Pmax Concernant les volumes variables V,,, il s'agit également d'établir l'équation dynamique de la pression. Soit un volume variable V,, en raison du déplacement d'un piston de surface Sp, dans une chambre où règne une pression Pp et de longueur x, l'équation de la dynamique sur le piston de masse Mp s'écrit: Mp*d 2=-Fp+Pp*Sp (8) L'équation de compressibilité 13 du fluide s'écrit: e=P* dp (9) de sorte que la variation de pression, entre les positions xo et x du piston, s'écrit: /3*St 2Pmax max Vf po dP dt (6) *Q*Sr (7) ( soit Pp Po = i.1n x xo d2x d'où Mp* dt2 = Fp+Po *Sp /3*Sp*ln x xo En linéarisant autour du point de fonctionnement, on en déduit l'équation différentielle linéaire du second ordre: d2x Mp dt2 p+Po *s _f*,sp*x xo xo dt=Tech= /M *V,, N*Sp Le procédé consiste ensuite à choisir pour temps d'échantillonnage du modèle du système hydraulique de freinage, le minimum Te des deux temps calculés précédemment Tech et T'ech. Deux cas se présentent alors: le temps d'échantillonnage Te du modèle est supérieur au temps d'échantillonnage de la carte électronique réalisant le modèle du système de freinage. Ce temps d'échantillonnage de la carte dépend de sa complexité. Il permet donc un portage sur la cible temps réel, c'est-à-dire d'intégrer le modèle du système dans l'environnement du véhicule. Ainsi, le temps de calcul du modèle, sur un cycle, est inférieur au temps d'échantillonnage et le système sera donc stable en temps réel et ne divergera pas; le temps d'échantillonnage Te du modèle est trop petit pour permettre un portage sur la cible temps réel, donc inférieur au temps d'échantillonnage de la carte électronique. Dans ce cas, il est nécessaire soit d'augmenter la puissance de calcul de la carte cible, soit de modifier les paramètres caractéristiques du modèle initial du système de freinage afin d'éviter une divergence numérique et de détériorer la précision du modèle hydraulique. 8 REVENDICATIONS 1. Procédé de validation d'un système de freinage de type ABS-ESP, qui comprend notamment un circuit hydraulique reliant les étriers de frein des quatre roues d'un véhicule au maître-cylindre et un calculateur électronique de commande, ledit procédé utilisant un modèle de simulation du circuit hydraulique associé à des modèles de simulation du châssis et du moteur thermique du véhicule et la simulation s'effectuant en temps réel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: détermination d'un modèle du circuit hydraulique de freinage constitué de différents modules élémentaires connectés entre eux par des échanges d'énergie, et qui délivre des informations sur la pression (PF) dans les étriers de frein et sur la pression (PME) dans le maître-cylindre; identification de tous les volumes fixes (Vf) parmi les modules élémentaires, 15 associés à une section (St) de tuyau; résolution de l'équation de compressibilité (3) du fluide y circulant pour obtenir le temps d'échantillonnage (Tech) des volumes fixes; identification de tous les volumes variables (Vu) parmi les modules élémentaires, associés à la surface (Sp) et à la masse (Mn) de leur piston 20 ainsi qu'à la force (Fp) qui s'y exerce; - résolution de l'équation de compressibilité ((3) du fluide y circulant pour obtenir le temps d'échantillonnage (T'ech) des volumes variables; - choix, pour temps d'échantillonnage (Te) du modèle du système de freinage, du minimum entre les deux valeurs des temps d'échantillonnage (Tech et T'ech). 2. Procédé de validation d'un système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le temps d'échantillonnage (Te) du modèle du système de freinage est supérieur au temps d'échantillonnage de la carte électronique qui le réalise, il intègre dans l'environnement du véhicule ledit modèle de simulation. 3. Procédé de validation d'un système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le temps d'échantillonnage (Te) du modèle du système de freinage est inférieur au temps d'échantillonnage de la carte électronique qui le réalise, il augmente la puissance de calcul de la carte ou il modifie les paramètres caractéristiques du modèle initial de simulation pour que ce dernier ne diverge pas du circuit de freinage réel. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend: un calculateur électronique de commande (2) ; un modèle (1) de simulation du circuit hydraulique, recevant du calculateur (2) des signaux de commande (CE) de ses électrovannes et (Cg) de sa pompe et délivrant un signal de pression (PMc) du maître-cylindre au calculateur (2) et un signal de pression (PF) des étriers de frein; un modèle (3) de simulation du châssis du véhicule, recevant le signal (PF) de pression des étriers de frein et délivrant au calculateur (2) un signal (yr) d'accélération transversale du véhicule, un signal (VR) de vitesse instantanée des roues et un signal (VL) de vitesse de lacet; un modèle (4) de simulation du moteur thermique recevant le signal (VR) de vitesse des roues ainsi que l'angle d'enfoncement (aA) de la pédale d'accélération et délivrant un couple moteur (CM) au modèle (3) du châssis.