Brevet FR2880591A1 — publié le 20060714

"Système de contrôle longitudinal d'une voiture" La présente invention concerne un système de contrôle longitudinal d'une voiture. L'évolution des techniques décidée par le demandeur, en particulier l'évolution du système de freinage vers un fonctionnement découplé, dans le sens où toute liaison mécanique est remplacée par des fils électriques, et l'hybridation des groupes motopropulseur (GMP), incite à revoir l'architecture des lois de commande qui existent actuellement sur le véhicule. o L'invention propose une architecture de commande de haut niveau qui fournit les consignes nécessaires pour piloter les différents organes du véhicule, le système de freinage et le moteur par exemple. Par ailleurs, la tendance des constructeurs automobiles à supprimer le plus possible les liaisons mécaniques entre les organes du véhicule impose une réflexion sur les lois de commande qui vont les remplacer. La présente invention est une architecture de commande. Elle repose sur un asservissement de différentes grandeurs utiles au conducteur. Il s'agit de l'accélération du véhicule, de sa vitesse et de la distance par rapport à un autre véhicule ou un obstacle. Le rôle de cet asservissement est de fournir les bonnes commandes pour pouvoir piloter les organes de l'automobile à partir de la consigne donnée par le conducteur. Le pilotage en boucle fermée a été préféré à un pilotage en 25 boucle ouverte pour plusieurs raisons. Le pilotage en boucle fermée présente l'avantage de réduire le nombre de cartographies utilisées actuellement pour le pilotage en boucle ouverte des actionneurs (organes). Les réglages en sont simplifiés. Le pilotage en boucle fermée permet de minimiser l'effet de l'usure ou de la dispersion des caractéristiques des organes sur le comportement du véhicule. Une étude de l'état de la technique renforce l'idée qu'une nouvelle réflexion sur le pilotage du ou des actionneurs de contrôle longitudinal du véhicule est nécessaire. Particulièrement, un tel besoin est exprimé dans le document 5 USA-6.665.596 au nom de Daimler Chrysler AG, "Vehicle control system and method for controlling vehicle". Le document décrit un système de contrôle pour un véhicule ayant dans sa structure une multitude d'actionneurs à piloter (les freins, la direction, le moteur et la boîte à vitesses). Ce système to de contrôle comprend plusieurs blocs. Un premier bloc réalise la conversion des consignes du conducteur (changement de rapport, appui sur la pédale d'accélérateur ou de frein, prise d'un virage) en signaux bruts qui seront à leur tour traités et corrigés par un second bloc. Ce deuxième bloc réalise une fonction prédictive et a le rôle d'informer le conducteur si une anomalie est détectée. Par exemple, si le conducteur prend un virage avec une vitesse trop élevée, ce bloc est censé avertir et éventuellement agir sur les freins. Ce second bloc ensuite communique avec un troisième qui a plutôt une fonction de réaction . Le rôle de ce troisième bloc étant de réagir dans des situations critiques. Un quatrième bloc reçoit comme signaux d'entrée les consignes du troisième bloc. C'est ce bloc qui va ensuite fournir des consignes pour l'organe pour piloter les actionneurs. Le dernier bloc indique le besoin de fournir des commandes correctes des organes à partir d'une consigne. Cependant, le document n'a pas détaillé les blocs permettraient d'atteindre cet objectif. Un deuxième document est la demande internationale WO-A-01/62537 proposé par ZAHNRADEFABRICK FRIEDRICHSHAFEN, "Method of controlling motor vehicle drive system especially automatic transmission, involves using lookahead variables for taking action on the vehicle systems" La solution proposée dans ce document tient du domaine de la prévention et de la prédiction. Il s'agit de déterminer l'environnement, les conditions de conduite, la position de manière à mieux contrôler le véhicule. Dans l'état de la technique, chaque prestation de contrôle longitudinal de voiture est impllantée dans son calculateur. Chaque calculateur possède ses cartographies, ses réglages propres. L'ajout d'une nouvelle prestation ne réutilise donc pas les réglages déjà effectués pour les autres prestations. La présente invention remédie à ce problème. En effet, l'invention concerne un système de contrôle longitudinal de voiture, le véhicule comportant au moins un actionneur de contrôle longitudinal fournissant du couple de type découplé. Le système de l'invention se caractérise en ce qu'il comporte: - un moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement sur la base d'une consigne de contrôle longitudinal, -un moyen pour convertir au moins une des dites consignes d'asservissement en différentes consignes pour au moins ledit actionneur découplé de contrôle longitudinal. La solution proposée s'applique aux véhicules dont au moins 20 un actionneur fournissant du couple positif ou négatif est découplé. Elle présente l'avantage de pouvoir se décliner en plusieurs versions. Selon un autre aspect, le système de contrôle comporte un module qui interprète l'action du conducteur pour fournir une consigne d'entrée de l'asservissement et en ce que cette consigne de contrôle longitudinal est délivrée sous la forme d'une accélération, d'une vitesse ou d'une distance. Selon un autre aspect, le moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement comporte un moyen pour produire des signaux de sortie de l'asservissement sous forme d'une accélération, d'une vitesse et/ou d'une distance. Selon un autre aspect, le moyen pour convertir au moins une des dites consignes d'asservissement en consignes pour au moins ledit actionneur de contrôle longitudinal comporte un moyen pour produire au moins l'une des consignes suivantes: - une consigne en couple, vitesse ou ange papillon s'il s'agit de piloter un moteur thermique à explosions comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en pression ou couple de freinage s'il s'agit de piloter le frein principal ou le frein de parking comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en courant s'il s'agit d'un moteur électrique to comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en puissance pour l'actionneur de contrôle longitudinal découplé, - toute grandeur pour piloter le ou les actionneurs de contrôle longitudinal découplé. Selon un autre aspect, le moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement comporte de une à trois boucles imbriquées, parmi lesquelles: une première boucle en accélération, une deuxième bouche en vitesse et une troisième boucle en distance, de manière à exécuter un contrôle longitudinal efficace du véhicule. Selon un autre aspect, la première boucle en accélération comporte un moyen de réglage des paramètres de l'asservissement afin de vérifier un cahier des charges ergonomique prédéterminé. Selon un autre aspect, la seconde boucle en vitesse comporte un moyen de réglage des paramètres de l'asservissement afin d'implémenter facilement le pilotage classique du véhicule sur la base de la détection de l'état de la pédale de frein et/ou de la pédale d'accélérateur. Selon un autre aspect, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la seconde boucle en vitesse coopère avec un régulateur de vitesse, un limiteur de vitesse, un dispositif d'assistance au démarrage en côte et/ou un dispositif de prévention de la sortie de la voie, un dispositif de suivi de véhicules, et/ou un dispositif d'aide à la conduite en bouchon. Selon un autre aspect, dans le cas d'un régulateur de vitesse, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement s pour la seconde boucle en vitesse adapte une régulation en vitesse sur la base de l'asservissement en vitesse. Selon un autre aspect, dans le cas d'un limiteur de vitesse, la limitation est faite grâce à un module de saturation en vitesse. Selon un autre aspect, dans le cas d'un dispositif de io prévention de la sortie de la voie, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la seconde boucle en vitesse adapte la vitesse à la trajectoire du véhicule et à son environnement. Selon un autre aspect, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la troisième boucle en distance coopère avec un dispositif de suivi de véhicules, et/ou un dispositif d'aide à la conduite en bouchon. Selon un autre aspect, dans le cas d'un dispositif d'aide à la conduite en bouchon, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la troisième boucle en distance adapte des constantes de temps plus courtes. Selon un autre aspect, pour réaliser la totalité des fonctions actuellement implantées sur plusieurs calculateurs dédiés, et donc de réduire les coûts et de faciliter l'implantation des nouvelles prestations sur le véhicule, il comporte séparément ou en combinaison au moins l'un des moyens suivants: - une interface de commande pour produire une consigne de distance entre véhicules, - un module pour produire une loi de commande en distance, - un module pour produire une loi de saturation en vitesse, - un module pour exécuter une loi de commande en vitesse, - un module pour exécuter une loi de saturation en accélération, - un module pour exécuter une loi de commande en accélération, - au moins un moyen de mesure de paramètres d'accélération, de vitesse et/ou de distance au véhicule suivi du 5 véhicule asservi, - des combinateurs respectifs, de façon à constituer la première boucle en accélération, la seconde boucle en vitesse et/ou la troisième boucle en distance. Selon un autre aspect, le système de contrôle comporte: to - des capteurs ou des estimations des grandeurs à asservir, - un calculateur pour implémenter et exécuter les lois de commande, - des consignes. Selon un autre aspect, le système de contrôle pour la ts réalisation de la boucle d'accélération comporte: - un capteur qui fournit directement l'accélération ou un capteur de toute autre grandeur qui, après un traitement, permet d'obtenir l'accélération, - des consignes en accélération ou autre grandeur qui après 20 un traitement par le système de contrôle longitudinal, donnent une consigne en accélération. Selon un autre aspect, le système de contrôle pour la réalisation de la boucle de vitesse, comporte: - un capteur de vitesse, - un calculateur (le rnéme que pour la boucle d'accélération), - consigne en vitesse fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. Selon un autre aspect, le système de contrôle pour la 30 réalisation de la boucle de distance, comporte: - un système de mesure de distance à une cible, fixe ou non, - un calculateur, par exemple le même pour les trois boucles, - une consigne fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. Selon un autre aspect, le système de contrôle comporte deux capteurs qui fournissent la distance par rapport à une cible et la vitesse du véhicule, un calculateur qui a comme fonction d'assurer l'exécution des lois de commande et éventuellement de communiquer aux actionneurs leurs consignes, une consigne en distance fournie par un système qui interprète l'action du conducteur et une consigne en vitesse. Selon un autre aspect, le système de contrôle comporte trois capteurs, un pour chaque grandeur à asservir (distance, vitesse, io accélération), le calculateur, qui a la même fonction que dans le premier mode, et une consigne en distance, en vitesse ou en accélération. D'autres avantages et caractéristiques seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma bloc d'un mode de réalisation d'un système de contrôle longitudinal selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme représentant la réponse fréquentielle du système de la figure 1. A la figure 1, on a représenté un schéma bloc d'un système de contrôle longitudinal selon l'invention, L'entrée de l'asservissement est une consigne fournie par un module qui interprète l'action du conducteur, par exemple sur les pédales de frein et d'accélérateur. Cette consigne de contrôle longitudinal est délivrée sous la forme d'une accélération, d'une vitesse ou d'une distance. Les sorties de l'asservissement sont également une accélération, une vitesse et/ou une distance. Celles-ci seront ensuite converties en différentes consignes pour les organes via un système prévu dans ce but. Celles-ci peuvent être: - une consigne en couple, vitesse ou angle papillon s'il s'agit de piloter un moteur thermique à explosions comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en pression ou couple de freinage s'il s'agit de piloter le frein principal ou le frein de parking comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en courant s'il s'agit d'un moteur électrique 5 comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, une consigne en puissance pour l'actionneur de contrôle longitudinal découplé, - toute grandeur qui nous permet de piloter le ou les actionneurs de contrôle longitudinal découplé. to La solution proposée est un asservissement qui comporte de une à trois boucles imbriquées. Il s'agit d'une première boucle en accélération, une deuxième boucle en vitesse et une troisième boucle en distance. Ces trois grandeurs permettent, quelque soit l'environnement, d'exécuter un contrôle longitudinal efficace du 1s véhicule. Avec la première boucle en accélération qui réalise un bouclage en accélération, le système de contrôle longitudinal permet de régler les paramètres de l'asservissement afin de vérifier un cahier des charges ergonomique prédéterminé. Avec la seconde boucle en vitesse qui réalise un bouclage en retour en vitesse, le système de contrôle longitudinal permet d'implanter facilement le pilotage classique du véhicule (pédale de frein et pédale d'accélérateur). Des exemples d'application de ce bouclage en vitesse sont le régulateur de vitesse (RV) et le limiteur de vitesse (LV). Ainsi, dans le cas d'un régulateur de vitesse (RV), la régulation en vitesse est faite grâce à l'asservissement en vitesse. En ce qui concerne le limiteur de vitesse (LV), la limitation est faite grâce à la saturation en vitesse. De la même manière, le retour en vitesse peut être utile dans le cas d'une assistance au démarrage en côte. La prévention de la sortie de la voie (Lane Keeping) est possible en adaptant la vitesse à la trajectoire du véhicule et à son environnement. L'asservissement en distance est très utile en ce qui concerne les prestations de type suivi de véhicules Adaptative Cruise Control (ACC). En imposant des constantes de temps plus courtes, le système de contrôle longitudinal de l'invention permet de fournir une aide à la conduite en bouchon. L'avantage majeur de cette architecture est qu'elle permet de réaliser la totalité des fonctions actuellement implantées sur plusieurs calculateurs dédiés, et donc de réduire les coûts et de faciliter l'implantation des nouvelles prestations sur le véhicule. A la figure 1, on a représenté ci-dessus: - dist* la consigne de distance entre véhicules (mode o Adaptative Cruise Control ACC), qui est produite par une interface de commande 1, - Kd;st la loi de commande de l'AOC, exécutée par son module 3, - sat, la saturation en vitesse (mode limiteur de vitesse), 15 exécutée par son module 4, - v* est la consigne de vitesse, fournie à l'entrée d'un combinateur 5, - K,,;t la loi de commande en vitesse, exécutée par son module 6, - sata la saturation en accélération (réglage du confort de conduite) exécutée par son module 7, - Kaccér la loi de commande en accélération, exécutée par son module 9, -a, v et dist respectivement l'accélération, la vitesse et la 25 distance au véhicule suivi du véhicule asservi, paramètres mesurés par un système de suivi de véhicule 10. Ces trois paramètres sont retournés à des entrées convenables de trois combinateurs respectifs 2, 5 et 8, de façon à constituer la première boucle en accélération (combinateur 8), la seconde boucle en vitesse (combinateur 5) et/ou la troisième boucle en distance (combinateur 2). A la figure 2, on a représenté l'ordre de grandeur des temps de réponse 15, 17 et 19 des trois boucles imbriquées, respectivement la troisième boucle en distance sur le combinateur Io 2, la seconde boucle en vitesse sur le combinateur 5, la première boucle en accélération sur le combinateur 8. L'architecture du système de contrôle longitudinal de l'invention est constituée de trois boucles imbriquées, dont une 5 représentation est donnée dans la figure 1. Pour la réalisation de l'asservissement, il est nécessaire de disposer: des capteurs ou des estimations des grandeurs à asservir, - d'un calculateur pour implémenter et exécuter les lois de io commande, - des consignes. Pour la réalisation de la boucle d'accélération, il est nécessaire de disposer de: - un capteur qui fourni directement l'accélération ou un 1s capteur de toute autre grandeur qui, après un traitement, permet d'obtenir l'accélération 12, - consignes en accélération ou autre grandeur qui après un traitement par le système de contrôle longitudinal, donnent une consigne en accélération. Pour la réalisation de la boucle de vitesse, il est nécessaire de disposer de: - un capteur de vitesse, - un calculateur (le même que pour la boucle d'accélération), - consigne en vitesse fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. Pour la réalisation de la boucle de distance, il est nécessaire de disposer de: - un système de mesure de distance à une cible, fixe ou non, - un calculateur, par exemple le même pour les trois boucles, - une consigne fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. Selon le nombre de capteurs utilisés dans le système de contrôle longitudinal et selon les prestations implantées, il est possible de réaliser plusieurs modes de réalisation. Un premier mode de réalisation comprenant deux capteurs qui fournissent la distance par rapport à une cible et la vitesse du véhicule, un calculateur qui a comme fonction d'assurer l'exécution des lois de commande et éventuellement de communiquer aux actionneurs leurs consignes, une consigne en distance fournie par un système qui interprète l'action du o conducteur et une consigne en vitesse. Un autre mode de réalisation plus cher, consiste en trois capteurs, un pour chaque grandeur à asservir (distance, vitesse, accélération), le calculateur, qui a la même fonction que dans le premier mode, et une consigne en distance, en vitesse ou en 1s accélération. D'autres modes de réalisation peuvent se décliner en fonction des prestations implantées. Si, par exemple, le véhicule ne bénéficie pas d'une prestation ACC, alors le système de contrôle longitudinal comporte la troisième boucle de distance. Si le système de contrôle longitudinal intègre seulement un limiteur et un régulateur de vitesse, le système de contrôle de l'invention est réduit à un asservissement en vitesse et en accélération, sans la troisième boucle en distance. Bien sûr, le calculateur et les consignes seront les mêmes que pour les autres modes de réalisation déjà décrits. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle longitudinal de voiture, le véhicule comportant au moins un actionneur de contrôle longitudinal fournissant du couple de type découplé, caractérisé en ce qu'il s comporte: un moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement sur la base d'une consigne de contrôle longitudinal, - un moyen pour convertir au moins une des dites consignes o d'asservissement en différentes consignes pour au moins ledit actionneur découplé de contrôle longitudinal. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un module qui interprète l'action du conducteur pour fournir une consigne d'entrée de l'asservissement et en ce que ts cette consigne de contrôle longitudinal est délivrée sous la forme d'une accélération, d'une vitesse ou d'une distance. 3 Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement comporte un moyen pour produire des signaux de sortie de l'asservissement sous forme d'une accélération, d'une vitesse et/ou d'une distance. 4 Système selon la revendication 1 et la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen pour convertir au moins une des dites consignes d'asservissement en consignes pour au moins ledit actionneur de contrôle longitudinal comporte un moyen pour produire au moins l'une des consignes suivantes: - une consigne en couple, vitesse ou ange papillon s'il s'agit de piloter un moteur thermique à explosions comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en pression ou couple de freinage s'il s'agit de piloter le frein principal ou le frein de parking comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en courant s'il s'agit d'un moteur électrique comme actionneur de contrôle longitudinal découplé, - une consigne en puissance pour l'actionneur de contrôle longitudinal découplé, - toute grandeur pour piloter le ou les actionneurs de contrôle longitudinal découplé. 5 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour produire au moins une consigne d'asservissement comporte de une à trois boucles imbriquées, parmi lesquelles: une première boucle en accélération, une deuxième boucle en vitesse et une troisième boucle en distance, de manière à exécuter un contrôle longitudinal efficace du véhicule. 6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première boucle en accélération comporte un moyen de réglage des paramètres de l'asservissement afin de vérifier un cahier des charges ergonomique prédéterminé. 7 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde boucle en vitesse comporte un moyen de réglage des paramètres de l'asservissement afin d'implémenter facilement le pilotage classique du véhicule sur la base de la détection de l'état de la pédale de frein et/ou de la pédale d'accélérateur. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la seconde boucle en vitesse coopère avec un régulateur de vitesse (RV), un limiteur de vitesse (LV), un dispositif d'assistance au démarrage en côte et/ou un dispositif de prévention de la sortie de la voie, un dispositif de suivi de véhicules, et/ou un dispositif d'aide à la conduite en bouchon. 9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le cas d'un régulateur de vitesse (RV), le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la seconde boucle en vitesse adapte une régulation en vitesse sur la base de l'asservissement en vitesse. - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le cas d'un limiteur de vitesse (LV), la limitation est faite grâce à un module de saturation en vitesse. 11 - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le cas d'un dispositif de prévention de la sortie de la voie (Lane Keeping), le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la seconde boucle en vitesse adapte la vitesse à la trajectoire du véhicule et à son environnement. 12 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la troisième boucle en distance coopère avec un dispositif de suivi de véhicules, et/ou un dispositif d'aide à la conduite en bouchon. 13 Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que, dans le cas d'un dispositif d'aide à la conduite en bouchon, le moyen de réglage des paramètres de l'asservissement pour la troisième boucle en distance adapte des constantes de temps plus courtes. 14 Système selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour réaliser la totalité des fonctions actuellement implantées sur plusieurs calculateurs dédiés, et donc de réduire les coûts et de faciliter l'implantation des nouvelles prestations sur le véhicule, il comporte séparément ou en combinaison au moins l'un des moyens suivants: - une interface de commande 1 pour produire une consigne de distance entre véhicules - un module (3) pour 25 distance (Kd;sr), - un module (4) pour vitesse (sat ), - un module (6) pour vitesse (Km), - un module (7) pour accélération (sata), - un module (9) pour exécuter une loi de commande en accélération (Kaccéi), (dist*), produire une loi de commande en produire une loi de saturation en exécuter une loi de commande en exécuter une loi de saturation en 1s - au moins un moyen de mesure (10) de paramètres d'accélération, de vitesse et/ou de distance au véhicule suivi du véhicule asservi a, v et dist respectivement, - des combinateurs respectifs (2, 5 et/ou 8), de façon à constituer la première boucle en accélération (combinateur 8), la seconde boucle en vitesse (combinateur 5) et/ou la troisième boucle en distance (combinateur 2). 14 Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte: to - des capteurs ou des estimations des grandeurs à asservir, - un calculateur pour implérnenter et exécuter les lois de commande, - des consignes. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que pour la réalisation de la boucle d'accélération, il comporte: - un capteur qui fournit directement l'accélération ou un capteur de toute autre grandeur qui, après un traitement, permet d'obtenir l'accélération 12, - des consignes en accélération ou autre grandeur qui après 20 un traitement par le système de contrôle longitudinal, donnent une consigne en accélération. 16 Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que pour la réalisation de la boucle de vitesse, il comporte: - un capteur de vitesse, - un calculateur (le même que pour la boucle d'accélération), - consigne en vitesse fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. 17 Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que pour la réalisation de la boucle de distance, il comporte: - un système de mesure de distance à une cible, fixe ou non, - un calculateur, par exemple le même pour les trois boucles, - une consigne fournie par un module qui interprète l'action du conducteur. 18 Système selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs qui fournissent la distance par rapport à une cible et la vitesse du véhicule, un calculateur qui a comme fonction d'assurer l'exécution des lois de commande et éventuellement de communiquer aux actionneurs leurs consignes, une consigne en distance fournie par un système qui interprète l'action du conducteur et une consigne en vitesse. 19 Système selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte trois capteurs, un pour chaque o grandeur à asservir (distance, vitesse, accélération), le calculateur, qui a la même fonction que dans le premier mode, et une consigne en distance, en vitesse ou en accélération.