Brevet FR2862595A1 — publié le 20050527

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'assistance du conducteur d'un véhicule dans des situations limites de dynamique de roulage. Etat de la technique Les régulations de dynamique de roulage comme par exemple les systèmes EPS (programme de stabilisation électronique) améliorent le contrôle des véhicules dans des situations en limite comme par exemple en cas de survirage dans un trajet en courbe. L'expression régulation de la dynamique de roulage concerne ci-après tous les systèmes qui grâce à la commande d'un actionneur interviennent activement dans la conduite d'un véhicule. Il s'agit notamment des systèmes tels que le système ABS (système anti blocage), le système ASR (système de régulation antipatinage), les systèmes ESP, AFS (direction avant active) ou EAS (direction électronique active). Les régulations connues de la dynamique de roulage ou de conduite utilisent notamment des opérations de freinage, de gestion de moteur et un actionneur de direction ou de volant comme organe d'actionnement pour la régulation. Dans un système de régulation de la dynamique de roulage ESP, le patinage de roue appliqué à une roue détermine par exemple la grandeur de régulation. Le patinage de roue est régulé de façon que le véhicule présente un comportement de roulage adapté aussi précisément que possible au souhait du conducteur (trajet en courbe, accélération, freinage, etc...) sans perte de contrôle. Le système de régulation de la dynamique de roulage détermine à cet effet une vitesse de lacet, réelle (habituellement à l'aide d'un capteur de vitesse de lacet) et calcule une vitesse de lacet de consigne dépendant des consignes du conducteur. A partir de la déviation de régulation, on calcule finalement un couple de lacet nécessaire pour asservir les grandeurs d'état réelles sur les grandeurs d'état de consigne. Le couple de lacet requis est alors converti par exemple en signaux de commande appliqués au système de freinage ou à un actionneur de direction pour influencer le volant. Dans une situation de conduite critique, par son compor- tement erroné, comme par exemple un trop fort freinage ou un trop fort braquage du volant le conducteur risque de détériorer rapidement la si- tuation. Si dans de telles situations limites le conducteur réagit mal il ris- que de ne plus pouvoir contrôler le véhicule ou du moins d'allonger le temps nécessaire à la stabilisation par rapport à ce qui était initialement nécessaire. Buts de l'invention La présente a ainsi pour but de développer un procédé et 5 un dispositif de régulation de la dynamique de roulage permettant de sta- biliser d'une manière aussi rapide et confortable que possible le véhicule. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans une situation critique de dynamique de roulage, on exerce un couple sur le volant indiquant au conducteur la di-rection dans laquelle il doit braquer pour stabiliser de nouveau le véhicule. Selon l'invention également, le dispositif du type défini comprend des capteurs pour détecter une situation limite de dynamique de roulage, et un actionneur pour appliquer un couple sur le volant dans une situation limite de dynamique de roulage. Une caractéristique importante de l'invention consiste à indiquer au conducteur dans une situation de conduite critique comme par exemple en cas de survirage du véhicule, de se comporter correctement. Pour cela, selon l'invention on exerce un couple sur le volant (dans la di-rection dans laquelle le véhicule se stabilise) indiquant au conducteur la direction dans laquelle il doit braquer pour résorber aussi rapidement que possible le véhicule qui commence à déraper ou à survirer. Le couple de direction ou de braquage est appliqué de préférence si la déviation de ré- gulation de la vitesse de lacet dépasse un seuil prédéfini. Au choix on pourrait également appliquer le couple de braquage (le couple de direction) lorsqu'une autre condition est remplie qui indiquerait une situation de conduite critique comme par exemple une vitesse de braquage trop élevée le cas échéant en combinaison avec une accélération transversale élevée 3o pour le véhicule. Le conducteur perçoit alors un couple de direction exercé sur le volant qui lui indique la direction clans laquelle il doit braquer pour stabiliser le véhicule. L'application du couple de direction a l'avantage que dans de nombreux cas, le véhicule peut être stabilisé par la seule action sur le volant ou la réaction consécutive du conducteur sans nécessiter d'intervention de stabilisation supplémentaire exercée par un autre sys- tème comme par exemple le système ESP. Une intervention de stabilisa- tion supplémentaire comme par exemple une action sur les freins n'est exécutée que si cela est indispensable. on améliore ainsi le confort et la souplesse du véhicule ce qui est également avantageux pour le plaisir de conduite. Pour éviter que le contre braquage exécuté par le conduc- teur ne soit interprété par le système de régulation de la dynamique de roulage comme un nouveau choix de direction, il est proposé selon l'invention de maintenir le souhait du conducteur c'est-à-dire la vitesse de lacet de consigne cly.s/dt sur une valeur fixe (c'est-à-dire de bloquer quasiment la vitesse de lacet de consigne) jusqu'à ce qu'un critère de sta- bilité soit satisfait, pour calculer à partir de là un couple de compensation et après avoir atteint le critère de stabilité, actualiser la vitesse de lacet de consigne selon le souhait du conducteur (angle du volant). Le critère de stabilité évoqué peut consister par exemple à ce que la déviation de régulation de la vitesse de lacet passe en dessous d'un seuil prédéfini ou que le gradient de la vitesse de lacet réelle passe en dessous d'un seuil prédéterminé. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise la ligne de direction dans une première phase de la régulation pour saisir le souhait du conducteur. Dans cette phase, aucun couple de direc- 2o tion supplémentaire n'est exclu. Lorsqu'une situation critique de conduite se produit ce qui peut être apprécié par exemple à partir de la déviation de régulation de la vitesse de lacet (en exploitant la composante P (composante proportionnelle), I (composante intégrale) ou la composante D (composante différentielle)), alors le système passe dans une seconde phase 2.5 dans laquelle la ligne de direction n'est plus utilisée pour déterminer le souhait du conducteur mais pour appliquer un couple de direction pour stabiliser. La vitesse de lacet de consigne reste bloquée dans cette phase. Cela peut également être appelé utilisation dual de la ligne de direction car dans la première phase on détermine le souhait du conducteur à par- tir de la position du volant ce qui ne peut plus se faire dans la seconde phase car alors des couples supplémentaires agissent sur le volant, couples qui ne proviennent pas du conducteur et ne représentent aucune demande du conducteur. Le couple de direction peut être exercé par exemple à l'aide 3.5 d'une installation d'asservissement comme par exemple un servomoteur ou à l'aide d'un autre actionneur de direction comme par exemple un moteur électrique. En principe tout type d'actionneur peut s'utiliser pour exercer un couple sur le volant. Les installations d'asservissement connues sont habituellement conçues pour assister le conducteur pour les manoeuvres de direction. Dans une situation limite de la dynamique de roulage, le couple d'assistance peut par exemple être conçu pour pousser le conducteur à contre-braquer. Au choix on peut également utiliser un actionneur de di-rection comme par exemple un moteur hydraulique ou électrique pour exercer un couple de braquage et indiquer le comportement de direction correct au conducteur. Le couple de direction exercé par l'actionneur est dimensionné de préférence pour qu'il puisse être dépassé par une manoeuvre du conducteur. En particulier le couple de direction n'est pas suffisamment fort pour que le volant glisse des mains du conducteur. Cela a l'avantage que le conducteur conserve toujours le contrôle de l'opération de braquage et puisse déterminer la direction. Le contre couple exercé par l'actionneur de direction ou actionneur de guidage est de nouveau diminué de préférence si le véhicule commence à se stabiliser. Un critère de stabilisation est par exemple le gradient de la vitesse réelle de lacet qui diminue de nouveau. Le couple de direction est alors de préférence diminué si le gradient passe en dessous d'un seuil prédéfini pour la vitesse de lacet. Si la vitesse de lacet réelle augmente par rapport à la vitesse de lacet de consigne après une première action sur le volant, c'est-à-dire si le véhicule a de nouveau tendance à faire perdre le contrôle, on exécute de préférence une autre action sur le couple. Le couple de direction est de préférence appliqué à nouveau si la déviation entre la vitesse réelle et la vitesse de consigne est supérieure à un seuil prédéfini et si le gradient de la vitesse de lacet réelle dépasse un seuil prédéfini. Ainsi on peut égale-ment perdre le contrôle du véhicule si le 'véhicule quitte le contrôle et si le dernier état instable revient rapidement. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'amplitude du couple de direction réglée est une fonction de la vitesse de rotation de consigne, de la déviation de régulation et de sa dérivée. La hauteur du couple de braquage ou du couple de direction peut mieux s'adapter à chaque situation de conduite. Une régulation de la dynamique de roulage pour améliorer la stabilité dynamique transversale d'un véhicule comprend un capteur de vitesse de lacet pour déterminer la vitesse de lacet réelle, un appareil de commande avec un algorithme pour calculer une vitesse de lacet de consi- gne sur la base du souhait du conducteur ainsi qu'un actionneur de di- rection commandé par l'appareil de commande pour appliquer un couple à la direction si le véhicule se trouve dans une situation limite de la dynamique de roulage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un système de régulation de dynamique de roulage ESP pour la régulation de l'angle de flottaison et de la vitesse de lacet selon l'état de la technique; les figures 2a, 2b montrent des chronogrammes de la vitesse de lacet de consigne et de la vitesse de lacet réelle ainsi que du couple de direction dans une première situation de conduite; les figures 3a, 3b montrent les diagrammes de la vitesse de lacet de consigne et de la vitesse de lacet réelle ainsi que du couple de guidage dans une seconde situation de conduite; les figures 4a, 4b montrent les chronogrammes de la vitesse de lacet de consigne et de la vitesse de lacet réelle ainsi que d'un couple de direction dans une troisième situation de conduite. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre le système global de régulation d'une régulation de dynamique de roulage ESP pour assurer une régulation de l'angle de flottaison et de l'angle de lacet telle qu'elle est connue principalement selon l'état de la technique. Le système de régulation de la dyna- mique de roulage ainsi présentée se distingue des systèmes connus par un actionneur de direction 9 commandé par un appareil de commande 12 dans des situations limites de dynamique de roulage pour indiquer au conducteur par un couple de direction M exercé sur le volant 13 la direction dans laquelle il doit braquer pour restabiliser aussi rapidement que possible le véhicule. Comme un conducteur moyen dans des situations de conduite normale a rarement l'expérience d'une situation dans laquelle il doit rétablir un véhicule survireur, il n'est pas rare que dans une telle situation il ne réagisse pas correctement. En appliquant le couple auxiliaire M à la direction on lui donne l'indication dans laquelle il doit le mieux réa- gir pour une telle situation de surbraquage. Le couple appliqué est de préférence un signal impulsionnel (signa]. rectangulaire) ayant une valeur fixe. Le système de régulation connu comprend le véhicule 14 comme chemin de régulation avec des capteurs 1 - 5 pour déterminer les grandeurs d'entrée de régulation, les organes d'actionnement 6, 7 pour influencer les forces de freinage et d'entraînement ainsi qu'un régulateur à s structure hiérarchique formé d'un régulateur de dynamique de roulage dit subordonné et d'un régulateur de patinage 11 sousbordonné. Les fonctions de régulation sont implémentées dans un appareil de commande 12. Pour réguler l'angle d'oscillation ou la vitesse de lacet, le régulateur subordonné 10 fournit au régulateur de patinage 11 des valeurs 1 de consigne sous la forme d'un patinage de consigne 2^,so. Le patinage de consigne Xso qu'il faut régler pour les différentes roues est une fonction de la différence de régulation entre le comportement réel et le comportement de consigne du véhicule. Le comportement de consigne résulte des signaux du capteur d'angle du volant de direction 3 (souhait de direction), du capteur de pression amont 2 (souhait de temporisation) et des gestions de moteur 7 (souhait de couple moteur). On calcule à partir de là la vitesse de lacet de consigne dylcons/dt, par exemple à l'aide du modèle de tenue de route. La vitesse de lacet réelle résulte par exemple du signal du capteur de vitesse de lacet 4. Dans une situation limite du point de vue de la dynamique de roulage, le régulateur de la dynamique de roulage 10 détermine les patinages de consigne nécessaires aux différentes roues. Les patinages de consignes 2so ainsi calculés sont convertis en indications correspondantes pour les actionneurs hydrauliques de freinage 6 et gestion de moteur 7 qui règlent les forces de freinage ou d'entraînement requis au niveau des différentes roues pour stabiliser le véhicule. Le système d'ensemble est conçu dans ce cas pour que dans une situation de conduite instable iil assure tout d'abord une action de régulation sur la direction 13 à l'aide de l'actionneur de direction 9 et seulement si le véhicule ne se stabilise pas, pour qu'il exécute une action ou intervention de freinage ou d'entraînement complémentaire. Le fonctionnement de cette direction assistée est décrit à titre d'exemple ci-après à l'aide des figures 2 à 4. La figure 2 montre le chronogramme de différentes vitesses de lacet dyr/dt. Dans ces diagrammes, et réelle/dt est la vitesse de lacet réelle fournie par le capteur de vitesse de lacet 4; dycons/dt est la vitesse de lacet de consigne (partiellement bloquée) prise en compte par le sys- tème de régulation à la dynamique de roulage; dylcons2/dt est la vitesse de lacet de consigne (effective) obtenue à partir du souhait du conducteur ou de l'angle de direction. L'intervalle de temps compris entre l'instant 0 et l'instant t1 correspond à un déplacement en courbe au cours duquel le conducteur s braque de plus en plus dans la courbe (la vitesse de lacet réelle dWréeve/dt augmente). A partir de l'angle SL du volant, choisi par le conducteur et de la vitesse du véhicule (souhait du conducteur) en tenant compte de l'accélération transversale mesurée par le capteur 5 et d'autres grandeurs auxiliaires géométriques on peut calculer la vitesse de lacet de consigne dylcons/dt. Si le véhicule est en survirage, la vitesse réelle de lacet dylréelie/dt augmente plus rapidement que la vitesse de consigne dylcons/dt. Cela signifie que le véhicule pivote trop rapidement autour de son axe ver-tical par rapport au souhait proprement dit du conducteur. A l'instant t1, la déviation de régulation dépasse un seuil prédéfini. A ce moment, par la commande de l'appareil de commande 12 on active un actionneur de direction 9 qui exerce un couple M sur la di-rection. Ce couple indique au conducteur la direction dans laquelle il doit braquer pour stabiliser le véhicule. Le couple antagoniste est dimensionné pour qu'il puisse être vaincu par un conducteur moyen. Si le conducteur suit la consigne du système de direction, le véhicule pourra être stabilisé beaucoup plus rapidement que cela ne serait possible pour un conducteur non exercé. L'actionneur de direction 9 évoqué ci-dessus est par exemple un servomoteur électrique ou une pompe hydraulique d'un système d'asservissement commandé de manière appropriée par un circuit électronique. Cela permet d'utiliser les composants existant. Au choix on peut également utiliser un actionneur de direction, distinct. En exerçant le couple de direction M, après l'instant t1, le véhicule commence à déraper (la vitesse de lacet, réelle dyreelle/dt aug- 39 mente brutalement) mais cette phase de perte de contrôle est relativement brève et atteint déjà son maximum à l'instant t2. Le couple de direction M dans cet exemple de réalisation est maintenu jusqu'à ce que la vitesse de lacet, réelle dylréeile/dt soit de nouveau diminuée. Cela signifie que le seuil pour neutraliser le couple M dans le présent exemple de réalisation cor- respond à (dyrréelle/dt) /dt = 0. Par exemple on peut programmer également un autre seuil pour remettre à zéro le couple M. La courbe dweons2/dt indique la vitesse de giration déduite de l'angle de braquage. Cette courbe laisse bien apparaître la manoeuvre de contre-braquage. Comme cela apparaît, partant d'une position forte-ment braquée du volant (instant t1) le conducteur braque dans la direction opposée et dépasse ainsi également la position neutre du volant 13. Après l'instant t2 on revient sur la courbe (vitesse de lacet de consigne, croissante). Le contre-braquage par le conducteur crée la difficulté sui-vante pour la régulation de la dynamique de roulage du véhicule: si le véhicule passe dans une situation de surbraquage que le conducteur cherche à stabiliser par un contre-braquage, cette manoeuvre risque d'être interprétée par le système de régulation de la dynamique de roulage comme un souhait du conducteur pour braquer dans la direction opposée (par exemple une courbe à droite s'il parcourt effectivement une courbe à gauche). En fait le véhicule est toujours dans une courbe à gauche qu'il faut poursuivre. On ne veut que stabiliser le véhicule dans cette courbe à gauche. C'est pourquoi il est nécessaire d'ignorer le contre-braquage dylcons2/dt. Pour cela il faut geler la vitesse de lacet de consigne dw. s/dt pendant la phase de régulation sur une valeur significative. Cette valeur significative est une valeur prédéterminée par le conducteur avant le mouvement de contre-braquage. Dans le présent exemple de réalisation, la vi- tesse de lacet de consigne dwcons/dt prise en compte par le système est bloquée sur la valeur existant à l'instant t1 avant le dépassement du seuil de régulation. La vitesse de lacet de consigne dyycons/dt sera maintenue sur cette valeur jusqu'à ce qu'un critère de stabilité soit satisfait; dans le pré-sent exemple il s'agit de la vitesse de lacet réelle dyfreene/dt fournie par le capteur de vitesse de lacet 4 et qui est rapprochée de la vitesse de lacet de consigne, bloquée dyfcons/dt pour ne pas passer en dessous d'un seuil pré-défini. Cela est le cas à l'instant t3. Ce n'est qu'à cet instant t3 que l'on tient compte de l'angle de braquage ou de direction effectif et que l'on cal-cule la valeur actuelle de la vitesse de lacet de consigne dylcons/dt. Après 3o cet instant t3 le véhicule est de nouveau stabilisé. La figure 3a montre la vitesse de lacet de consigne et la vi- tesse de lacet réelle dwcons/dt et dWréeiie/dt dans une situation de conduite qui correspond pour l'essentiel initialement à la situation de la figure 2a. Le conducteur braque dans une courbe à laquelle il fait survirer le véhicule et celui-ci décroche à l'instant t1. En dépassant la déviation maximale entre la vitesse de lacet réelle et la vitesse de lacet de consigne dyJréene/dt et dwcons/dt, on exerce de nouveau un couple antagoniste M sur la direction. Le couple antagoniste M disparaît de nouveau à l'instant t2. Après l'instant t2, la vitesse de lacet réelle dyréelle/dt diminue jusqu'à l'instant t3 auquel cette vitesse atteint un minimum pour augmenter de nouveau ensuite. A l'instant t3, la déviation entre la vitesse de lacet réelle dyréelle/dt et la vitesse de lacet de consigne dWcons/dt est encore supérieure à un seuil prédéfini. En même temps le gradient de la vitesse de lacet réelle dépasser un gradient seuil prédéfini (ici il s'agit par exemple de dWréelle/dt) /dt = O. Si les deux critères sont satisfaits., l'actionneur de di-rection 9 est de nouveau activé à l'instant t3 pour exercer un couple de direction M sur la direction et sur le volant 13. io En réaction, le conducteur exécute de nouveau un mouvement de contrebraquage pris en compte par la régulation de la dynamique de roulage mais non par la vitesse de lacet de consigne dyycons2/dt ce qui réduit de nouveau la vitesse de lacet réelle dyfréene/dt à partir de l'instant t4. A l'instant t4 le seuil pour:le gradient de la vitesse de lacet réelle dyréelle/dt est de nouveau dépassée vers le bas et ainsi le couple antagoniste M est remis. A l'instant t5 la vitesse de:lacet réelle dyrréene/dt et la vitesse de lacet de consigne dylcons/dt se sont de nouveau rapprochées de sorte que la vitesse de lacet de consigne dylcon,,/dt est actualisée et est adaptée au souhait effectif du conducteur. La figure 4a montre le chronogramme de la vitesse de lacet réelle dylréene/dt et de la vitesse de lacet de consigne dwcons/dt dans une situation de conduite au cours de laquelle le conducteur contre-braque plusieurs fois pour stabiliser le véhicule. Ainsi entre les instants t1, t2; t4, t5 ou t6, t7, on exerce un couple de direction sur le volant 13. A la différence de la situation de la figure 3a, la vitesse de lacet de consigne est toutefois déjà actualisée après le premier mouvement de contre-braquage à l'instant t3 car la différence entre la vitesse de lacet réelle dylréelle/dt et la vitesse de lacet de consigne, bloquée diycons/dt est inférieure à un seuil 3o prédéfini et le gradient de la vitesse de lacet réelle dyréelle/dt est inférieure à O. La même remarque s'applique pour l'instant t5 et l'instant t7. En revanche, à l'instant t4, la vitesse de lacet de consigne doit être maintenue à une valeur constante car le gradient de la vitesse de lacet réelle dyréelle/dt dépasse le seuil précléfini. 3.5 Le procédé décrit ci-dessus pour appliquer un couple de di-rection permet au conducteur de réagir correctement dans des situations limites et de rétablir rapidement le contrôle du véhicule. Le système de régulation de la dynamique de roulage par exemple le système ESP devra lo rester neutre aussi longtemps que le conducteur suit les prescriptions. Si néanmoins le véhicule dérape, la régulation intervient et stabilise le véhicule par des actions sur les freins et sur l'entraînement. NOMENCLATURE 1. Capteurs de vitesse de rotation de roue 2. Capteur de pression amont 3. Capteur d'angle de volant 4. Capteur de vitesse de lacet 5. Capteur d'accélération transversale 6. Modulation de pression 7. Gestion du moteur 8. Signaux de capteur pour le système ESP 9. Actionneur de direction 10. Régulateur de dynamique de roulage 11. Régulateur de patinage 12. Appareil de commande 13. Volant 14. Véhicule dWréelle/dt: vitesse de lacet réelle dwcons/dt: vitesse de lacet de consigne (en partie bloquée) dylcons2/dt: vitesse de lacet de consigne effective tn: instants M: couple de direction REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'assistance du conducteur d'un véhicule (14) dans des situations limites de dynamique de roulage, caractérisé en ce que dans une situation critique de dynamique de roulage, on exerce un couple (M) sur le volant (13) indiquant au conducteur la direction dans laquelle il doit braquer pour stabiliser de nouveau le véhicule. 2 ) Procédé selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que le couple (M) est limité à une valeur que le conducteur peut dépasser. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on réduit le couple (M) si le gradient de la vitesse de lacet réelle (dyrréene/dt) passe en dessous d'un seuil prédéfini. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude du couple de direction réglée (M) est une fonction de la vitesse de lacet de consigne (dyrcons/dt) ou de la déviation de régulation. 5 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on a une autre action de couple si la déviation entre la vitesse de lacet réelle (dylréeiie/dt) et la vitesse de lacet de consigne (dwcons/dt) est supérieure à un seuil prédéfini et si le gradient de la vitesse de lacet réelle (dWréeile/dt) dépasse un seuil prédéfini. 3D 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'application d'un couple (M), la vitesse de lacet de consigne (dylcons/dt) est maintenue à une valeur fixe et ce n'est qu'alors qu'une nouvelle valeur de la vitesse de lacet de consigne (dylcons/dt:) est calculée, si un critère de stabilité prédéfini est satisfait. 7 ) Dispositif d'assistance du conducteur d'un véhicule (14) dans des situations limites de dynamique de roulage, caractérisé en ce qu' il comprend: des capteurs (2 - 7, 11) pour détecter une situation limite de dynamique de roulage, et un actionneur (9) pour appliquer un couple (M) sur le volant (13) dans une situation limite de dynamique de roulage. 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on diminue le couple (M) si le gradient de la vitesse de lacet réelle (dy,réelle/dt) passe en dessous d'un seuil prédéfini. 9 ) Dispositif selon la revendication 7 ou]a revendication 8, caractérisé en ce qu' on effectue une autre action avec un couple d'assistance si la déviation entre la vitesse de lacet réelle (dyrréelle/dt) et la vitesse de lacet de consigne (dwco S/dt) est supérieure à un seuil prédéfini et si le gradient de la vitesse de lacet réelle (dyrréelle/dt) passe au- dessus d'un seuil prédéfini.