Brevet FR2865177A1 — publié le 20050722

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte aux systèmes de pilotage de stabilité d'un véhicule. Dans une application particulière, l'invention se rapporte aux systèmes visant à éviter le blocage des roues lors de freinages appuyés, popularisée sous la désignation ABS . Plus généralement, l'invention concerne tous les systèmes visant à maintenir le véhicule sur une trajectoire stable en agissant automatiquement sur des actuateurs comme ceux déterminant un couple aux roues, ou ceux déterminant le braquage d'une ou de plusieurs roues, ou même ceux concernant la suspension, dont on sait que cela a aussi avoir un effet sur le contrôle de la trajectoire (par exemple antiroulis actif). Dans l'application particulière évoquée ci-dessus, les actuateurs sont les freins d'une roue ou l'organe imposant un couple moteur à une roue. ETAT DE LA TECHNIQUE 15 Pour rappel, le coefficient d'adhérence longitudinale g du pneumatique est le quotient de la force longitudinale divisée par la force verticale appliquée, c'est à dire la charge appliquée sur le pneumatique (dans le cas simplifié d'un effort de freinage pur et l'homme du métier saura facilement généraliser) ; le glissement G du pneumatique vaut G = 0% lorsqu'il n'y a pas de glissement entre la vitesse du pneumatique et la vitesse du véhicule, c'est à dire si le pneu roule librement, et G = 100% si le pneu est bloqué en rotation. Typiquement, en fonction de l'environnement (nature du sol (asphalte, béton), sec ou mouillé (hauteur d'eau), température et niveau d'usure du pneumatique), la valeur de g en fonction du glissement G peut varier énormément (g vaut environ 0.15 sur de la glace et environ 1.2 sur un sol sec). On sait que le freinage d'un véhicule sera d'autant plus efficace que l'on parviendra à faire fonctionner la bande de roulement à un glissement G correspondant à la valeur maximale du coefficient d'adhérence (parfois aussi appelé coefficient de frottement). On appelle ,,,,, la valeur maximale du coefficient d'adhérence. Mais le conducteur moyen n'est pas capable de doser le freinage de façon à satisfaire à cette condition. P10-1588-FR C'est la raison pour laquelle ont été développés des systèmes de contrôle de la stabilité d'un véhicule modulant automatiquement la force de freinage de façon à viser une cible de glissement prédéterminée, censée correspondre au maximum du coefficient d'adhérence. En particulier, la demande de brevet EP 1371534 publiée le 17 décembre 2003 propose un procédé de régulation du glissement utilisant une grandeur appelée Invariant que les recherches des inventeurs ont permis de découvrir, cette grandeur étant ainsi appelée parce qu'elle est sensiblement constante quel que soit le pneu considéré et quelle que soit l'adhérence du sol sur lequel le pneu roule. Si ce procédé permet de déterminer une cible de glissement pour lequel on est effectivement bien plus proche du coefficient d'adhérence maximal réel du pneu dans les circonstances de roulage réelles, il existe cependant des cas où l'on peut déterminer une cible meilleure encore pour améliorer l'efficacité du freinage (ou de l'accélération). BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention propose un algorithme appelé Mouillé permettant de prédire une cible idéale 20 pour un paramètre dont on assure le pilotage dans un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule. Dans une formulation générale, l'invention propose un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule dans lequel un paramètre caractéristique Q du fonctionnement d'un pneumatique du véhicule destiné à rouler sur un sol varie en fonction d'un paramètre P selon une certaine loi, une valeur optimale dudit paramètre P étant imposée par un contrôleur de manière directe ou indirecte de façon à agir sur au moins l'un des éléments choisis dans le groupe comportant le couple de rotation appliqué au pneumatique, l'angle de braquage du pneumatique, l'angle de carrossage du pneumatique et la force verticale appliquée au pneumatique, dans lequel le contrôleur comporte des moyens pour: P10-1598-FR É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de Pi, calculer la variation par rapport au temps de P, É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients A[ wet, p par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de P par une courbe de variation qui est une fonction de (P;, A[ wet, 0), É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible Pcwet en utilisant au moins les dernières valeurs de AE wet, p Le résultat recherché est de maintenir la valeur d'un paramètre Q à une valeur choisie comme étant idéale dans la situation du véhicule du moment. Dans le présent mémoire, on décrit en détails une application au contrôle du glissement d'un pneu, typiquement pendant une manoeuvre de freinage ou pendant une manoeuvre agissant sur le lacet d'un véhicule (fonction connue sous le nom d'ABS dans le premier cas ou fonction connue sous le nom d'ESP dans le second cas). Enfin, on évoque une application visant au contrôle de la trajectoire en utilisant des actuateurs autres que ceux agissant sur le couple aux roues. Dans une première application, l'invention propose donc un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule dans lequel le paramètre P est le glissement G du pneumatique et le paramètre caractéristique Q est le coefficient d'adhérence 1r du pneumatique, le système comportant des moyens pour imprimer au pneu un effort longitudinal, des moyens de modulation de l'effort longitudinal et des moyens pour calculer le paramètre glissement G pt lors de chaque activation des moyens pour imprimer au pneu un effort Iongitudinal de la façon suivante: É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de G,, calculer la variation par rapport au temps de G, É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients Al wet, p par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de G par une courbe de variation qui est une fonction de (G, A N wet, pl), É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible Glet en utilisant au moins les dernières valeurs de Al wet, p]. P10-1598-FR L'application de choix de la présente invention réside dans le pilotage du glissement d'une roue en freinage, dans le but de faire fonctionner le pneu au niveau où le coefficient d'adhérence est maximal. Toute la description suivante concerne dans ce cas un dispositif de modulation de l'effort longitudinal qui agit sur la commande de freinage. Indiquons une fois pour toutes que dans ce cas, on initialise (i=0) les opérations indiquées ci-dessus, et plus en détails ci-dessous, à chaque début de manoeuvre de freinage. Mais si l'on décide d'appliquer la présente invention au pilotage du glissement d'une roue en accélération, le dispositif de modulation de l'effort longitudinal agit sur le couple moteur aux roues et on initialise (i=0) les opérations indiquées â chaque demande de variation du couple moteur supérieure à un seuil de couple prédéterminé. Notons aussi que, dans le contexte de la présente invention, peu importe que la bande de roulement dont on traite la caractéristique d'adhérence soit celle d'un pneumatique ou d'un bandage élastique non pneumatique ou encore d'une chenille. Les termes bande de roulement , pneu ou pneumatique , bandage , bandage élastique , chenille ou même roue doivent être interprétés comme équivalents. Remarquons aussi que la détermination des valeurs du coefficient d'adhérence NK pour chaque glissement G, peut se faire par mesure directe ou par estimation à partir d'autres mesures ou de l'estimation d'autres grandeurs comme l'effort dans le plan du sol et la charge verticale. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures suivantes montrent: La figure 1 illustre l'algorithme Mouillé ; La figure 2 illustre un traitement particulier des premières acquisitions de mesures ou d'estimations; La figure 3 illustre plus en détails ledit traitement particulier; La figure 4 illustre un autre traitement particulier des acquisitions de mesures ou d'estimations. DESCRIPTION DU MEILLEUR MODE DE REALISATION DE L'INVENTION P10-1598-FR Comme son nom l'indique, cet algorithme est plus particulièrement conçu pour le calcul de cible sur sol mouillé (en fait tous les sols de faible adhérence). En effet, sur ce type de sol, la roue va très rapidement au blocage et l'on risque de s'apercevoir trop tard que le maximum de la courbe (G) est dépassé. Le principe de cet algorithme consiste à étudier l'évolution de la dérivée du glissement en fonction du temps. Si l'on constate une évolution trop rapide, c'est à dire en fait un changement du glissement trop rapide, on peut présumer que le système n'est plus stable parce que l'on a dépassé ou l'on est en passe de dépasser le glissement correspondant à l'adhérence maximale. De préférence, ledit algorithme n'est utilisé qu'avec des valeurs de glissement supérieures à de 4%. De façon avantageuse, ledit seuil bas est de l'ordre de 1% par seconde et ledit seuil haut est de l'ordre de 3% par seconde. Une application simple de cet algorithme utilise une régression linéaire, ce qui fait que l'on calcule des coefficients Ave, et Bwet de la façon suivants: dG A ÉG+BR dt et le glissement cible Gcwet est donc déterminé de la façon suivante: Gcwet dG_tgt Ami Bien qu'une valeur expérimentale de 2% par seconde (voir figure 1) pour le paramètre dG tgt ait donné de bons résultats, on peut en pratique utiliser arbitrairement ce paramètre comme un bouton de réglage fin du fonctionnement pratique du système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, tout comme évoqué à propos des paramètres P et Invariant. Il est proposé ci-dessous quelques corrections aux valeurs faibles de glissement et coefficient d'adhérence obtenues au tout début d'une manoeuvre de freinage. Au début des freinages, il a été constaté que la courbe (G) peut présenter un comportement étrange. Le but de cette PI01598-FR première partie de l'algorithme est de corriger ce comportement. Aux figures 2 et 3, on peut voir que sur un sol mouillé, le pied de la courbe (G) ne semble pas linéaire et que pour un g nul, le glissement ne l'est pas. Ceci est probablement dû aux erreurs dans la valeur du glissement mesuré. Cela n'est à l'évidence pas représentatif des phénomènes physiques dans le contact de la bande de roulement sur le sol. Cela est gênant pour les algorithmes de calcul du glissement cible qui sont basés sur l'étude de la pente de la courbe (G). Bien entendu, cela est très dépendant des moyens technologiques concrets mis en oeuvre sur le véhicule pour acquérir ces informations. Dès lors, les indications fournies dans ce contexte sont de simples suggestions qu'il est utile d'appliquer si l'on fait face à ce problème, mais qui ne sont pas limitatives. Plus généralement, il est utile de corriger autoritairement la forme du pied de la courbe de variation du coefficient d'adhérence en fonction du glissement si elle présente une allure fort peu plausible. La première partie du traitement des données va donc constituer à calculer la valeur du glissement à partir de laquelle on peut utiliser les données pour calculer de façon fiable un glissement cible ou le glissement optimal. Convenons d'appeler ce glissement Go. La figure 2 montre que ce glissement Go vaut environ 3%. On obtient une allure plus plausible de la courbe (G) en reliant Go à la partie sensiblement linéaire de la partie croissante de la courbe. Dès lors, de préférence, le système de contrôle de la stabilité d'un véhicule est tel que l'on procède, avant toutes les opérations exploitant la courbe de variation de g, en fonction de G,, à une correction du départ de ladite courbe en éliminant les premières paires réelles ( ,, G,) tant que la variation de p; en fonction de G, n'est pas sensiblement constante et en recherchant le glissement Go associé à un coefficient d'adhérence nul (ceci n'étant bien entendu pas limitatif) tel que la paire (0, Go) et les paires non éliminées ( ;, G,) sont sensiblement alignées, et utilisant une courbe partant de (0, Go) et rejoignant les paires non éliminées ( ,, G,), de sorte que, pour toute valeur de G, plus grande que Go, G, est remplacée par G, Go. Pour cela, par exemple, on utilise un algorithme qui comporte les étapes suivantes: P104598-FR É éliminer systématiquement toutes les valeurs du glissement associées à un coefficient d'adhérence inférieur à 0,01; É Calculer de façon continue des régressions de t et G en fonction du temps, de préférence des régressions exponentielles vu l'allure du pied de la courbe dans l'exemple illustré au moyen de la figure 2 et de la figure 3: eAe-(t-Te')+Be G = eAGÉ(t-T'an)+BG On peut considérer que les valeurs acquises sont représentatives de la réalité lorsque le coefficient d'adhérence estimé ou mesuré est supérieur à 0,1 ou lorsque le glissement 10 dépasse 4%. La figure 3 illustre la façon de déterminer Go à partir des courbes donnant les valeurs acquises respectivement pour le coefficient d'adhérence en fonction du temps et pour le glissement en fonction du temps. On cherche la valeur du temps pour laquelle la régression sur la courbe de g vaut une certaine valeur, par exemple 0,05 (voir le segment horizontal entre une abscisse nulle et une ordonnée valant 0,05 et la courbe en pointillés). La valeur de Go sera la valeur de la régression sur la courbe du glissement à cet instant (voir le segment vertical entre le point précédemment obtenu et un point sur la courbe en trait continu, donnant la valeur du glissement Go). On procède donc, avant toutes les opérations exploitant la courbe de variation de g, en fonction de à une correction du départ de ladite courbe en éliminant les premières paires réelles ( ;, G;) tant que la variation de pi en fonction de G; n'est pas sensiblement constante et en recherchant le glissement Go associé à un coefficient d'adhérence nul tel que la paire (0, Go) et les paires non éliminées ( ;, G;) sont sensiblement alignées, et utilisant une courbe partant de (0, Go) et rejoignant les paires non éliminées ( ;, G;). Ensuite, dans tous les algorithmes utilisés, pour toute valeur de G; plus grande que Go, G; est remplacée par G; - Go. P10.1598-FR On a jusqu'à présent supposé calculées ou estimées des valeurs de . Cependant, dans certains cas, le mode d'obtention du coefficient d'adhérence (à partir de l'effort de freinage lui-même estimé sur la base de la pression de freinage compte tenu des caractéristiques particulières chaque véhicule et à partir de la vitesse de roue) ne donne pas de résultat satisfaisant (la courbe t(G) calculée est trop plate ou continûment ascendante). On sait que cela n'est pas réaliste. Pour corriger ce problème, une correction numérique du p. calculé peut être mise en place. Cette correction est basée sur la vitesse d'évolution du glissement en fonction du temps. En effet, si la vitesse de la roue (et donc le glissement) s'emballe de façon rapide, c'est que l'on se trouve dans la zone instable de la courbe (G). Donc la courbe (G) devrait décroître, ce que l'on met à profit de la façon suivante: iuCorr pacgrris où Acorr est un coefficient de mise au point et peut être spécifique à chaque algorithme. Par exemple, une bonne valeur pratique s'est avérée être 0.2 pour l'algorithme Moyen . La figure 4 illustre cette correction. Grâce à cette correction, la courbe (G) retrouve une forme certainement plus conforme à la réalité physique, ce qui permet aux algorithmes de produire des cibles fiables. Remarquons que, si la valeur du g,. est en elle-même modifiée par cette correction, tous les algorithmes utilisés se basent sur la forme de la courbe et non sur ses valeurs. Le lecteur est également renvoyé à la demande de brevet précitée où l'on a fait ressortir que l'algorithme Invariant permet de calculer une cible de glissement sans même calculer le coefficient d'adhérence associé, celui- ci étant inutile au bon fonctionnement de l'asservissement en glissement d'une la roue de véhicule. Dans la demande de brevet précitée, on a démontré la possibilité d'autres applications de l'algorithme Invariant , par exemple à l'analyse de la poussée de dérive développée par un pneumatique ou bandage élastique dans une zone de fonctionnement proche de la saturation de la poussée de dérive. C'est en raison de la similarité des lois de variation de ces phénomènes physique. De la même façon, la présente invention a des applications plus larges que le contrôle PI0-1598-FR G ACorr;l dt, du glissement dans un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule. Pour clore le sujet, citons simplement (sans que même cette addition ne soit limitative comme on l'aura compris) que l'invention s'applique aussi à un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule visant à prédire la valeur de l'angle de dérive ô d'un pneumatique où la force latérale (dite aussi poussée de dérive ) est maximale. Dans ce cas, le paramètre P est l'angle de dérive S du pneumatique et le paramètre caractéristique Q est la poussée de dérive Fdet du pneumatique. Il s'agit de prévoir quand le pneu atteindra son maximum et donc ne sera plus capable de répondre à sa fonction première qui est de permettre au véhicule de tourner, afin de pouvoir maintenir le fonctionnement du pneumatique à une valeur prédéterminée de la poussée de dérive Fdet, ou pour prévenir le conducteur. Pour maintenir le fonctionnement du pneumatique à une valeur cible prédéterminée, on peut procéder, éventuellement automatiquement, à des interventions préventives de réduction de la vitesse du véhicule pour éviter des situations de conduite critiques (si le véhicule ne tourne pas comme le souhaite le conducteur, il peut en résulter un accident). Pour procéder à bon escient à ces actions, il est là aussi utile d'estimer une cible par un algorithme Mouillé . Dans ce cas, l'invention concerne un système de contrôle de la stabilité d'un véhicule dans lequel le paramètre P est l'angle de dérive ô du pneumatique et le paramètre caractéristique Q est la poussée de dérive Fit du pneumatique, le système comportant des moyens pour contrôler un paramètre en fonction des ordres imprimés par le conducteur du véhicule sur son moyen de commande et en fonction des ordres délivrés par un contrôleur de trajectoire, des moyens de modulation du paramètre et des moyens pour calculer le paramètre angle de dérive 8 nt lors de chaque activation des moyens pour imprimer le paramètre de la façon suivante: É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de S;, calculer la variation par rapport au temps de ô, P10-1598-FR - I0- É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients A[ wet, p par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de P par une courbe de variation qui est une fonction de (Si, A[ wet, p]), É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible 5 SCwet en utilisant au moins les dernières valeurs de A{ wet, p]. P10-1598-FR REVENDICATIONS 1. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule, dans lequel un paramètre caractéristique Q du fonctionnement d'un pneumatique du véhicule destiné à rouler sur un sol varie en fonction d'un paramètre P selon une certaine loi, une valeur optimale dudit paramètre P étant imposée par un contrôleur de manière directe ou indirecte de façon à agir sur au moins l'un des éléments choisis dans le groupe comportant le couple de rotation appliqué au pneumatique, l'angle de braquage du pneumatique, l'angle de carrossage du pneumatique et la force verticale appliquée au pneumatique, dans lequel le contrôleur comporte des moyens pour: É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de Pi, calculer la variation par rapport au temps de P, É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients A[ wet, P par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de P par une courbe de variation qui est une fonction de (Pi, A[ wet, p]), É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible Pcwet en utilisant au moins les dernières valeurs de A[ wet,p ]. 2. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 1, dans lequel le paramètre P est le glissement G du pneumatique et le paramètre caractéristique Q est le coefficient d'adhérence du pneumatique, le système comportant des moyens pour imprimer au pneu un effort longitudinal, des moyens de modulation de l'effort longitudinal et des moyens pour calculer le paramètre glissement G l't lors de chaque activation des moyens pour imprimer au pneu un effort longitudinal de la façon suivante: É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de Gi, calculer la variation par rapport au temps de G, É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients Al wet, p] par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de G par une courbe de variation qui est une fonction de (Gi, A[ wet, p]), P10-1598-FR É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible Ge't en utilisant au moins les dernières valeurs de A N wet, p 1. 3. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 2, dans lequel on utilise une régression linéaire et on calcule les coefficients Awet et Bwet de la façon suivants: É d = G + BwEr dt et le glissement cible GC Yet est déterminé de la façon suivante: É Gcwet = dG_tgt B A 4. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 2 dans lequel dG tgt est utilisé comme paramètre de mise au point. 5. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le dispositif de modulation de I'effort longitudinal agit sur la commande de freinage et on initialise (i=0) les opérations indiquées à chaque début de manoeuvre de freinage. 6. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon l'une des revendication 2 à 4, dans lequel le dispositif de modulation de l'effort longitudinal agit sur le couple moteur aux roues et on initialise (i=0) les opérations indiquées à chaque demande de variation du couple moteur supérieure à un seuil de couple prédéterminé. 7. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel on procède, avant toutes les opérations exploitant la courbe de variation de en fonction de G;, à une correction du départ de ladite courbe en éliminant les premières paires réelles (F4, G) tant que la variation de en fonction de G; n'est pas sensiblement constante et en recherchant le glissement Go associé à un coefficient d'adhérence nul tel que la paire (0, Go) et les paires non éliminées ( i, G;) sont sensiblement alignées, et utilisant une courbe P10-1598-PR - 13 partant de (0, Go) et rejoignant les paires non éliminées ( ;, G;), de sorte que, pour toute valeur de G, plus grande que Go, G; est remplacée par G; Go. 8. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel, lorsque la variation par rapport au temps du glissement devient supérieure à un seuil de variation prédéterminé, on procède, avant toutes les opérations exploitant la courbe de variation de p; en fonction de G;, à une correction de la fin de ladite courbe en remplaçant les valeurs de i correspondant à des glissements amenant la variation par rapport au temps du glissement au- delà dudit seuil de variation prédéterminé, par des valeurs corrigées comme suit: jj Corr _ il ^ _ Max -'1 où Acorr est un paramètre prédéterminé. ACorr 9. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 8, dans lequel Acorr vaut environ 0,2. 10. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 8, dans lequel Acorr est utilisé comme paramètre de mise au point. 11. Système de contrôle de la stabilité d'un véhicule selon la revendication 1, dans lequel le paramètre P est l'angle de dérive S du pneumatique et le paramètre caractéristique Q est la poussée de dérive Fd' du pneumatique, le système comportant des moyens pour contrôler un paramètre en fonction des ordres imprimés par le conducteur du véhicule sur son moyen de commande et en fonction des ordres délivrés par un contrôleur de trajectoire, des moyens de modulation du paramètre et des moyens pour calculer le paramètre angle de dérive 8 pt lors de chaque activation des moyens pour imprimer le paramètre de la façon suivante: É Au fur et à mesure de l'acquisition des valeurs de ô;, calculer la variation par rapport au temps de ô, P10-1598-FR É Tant que ladite variation est supérieure à un seuil bas, calculer des coefficients A[ wet, p par calcul direct ou par une régression appropriée de façon à modéliser la variation par rapport au temps de P par une courbe de variation qui est une fonction de (E, A[ ,Net, p]), É Dès que ladite variation est supérieure à un seuil haut, déterminer un glissement cible Set en utilisant au moins les dernières valeurs de At wet, p P1 D-1598-FR