Brevet FR2892686A1 — publié le 20070504

Procédé de détermination de l'état des roues d'un véhicule automobile et dispositif de mise en oeuvre. La présente invention concerne un procédé de détermination de l'état des roues d'un véhicule automobile par vérification de la cohérence entre une mesure de vitesse des roues et la dynamique du véhicule. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé. Le but de l'invention est d'améliorer le comportement du véhicule, et donc la sécurité du conducteur et des passagers, en vérifiant l'état de chaque roue. Elle s'applique à différents types de véhicules automobiles, comme les véhicules à traction, à propulsion, les véhicules hybrides ou à quatre roues motrices. Actuellement, il existe deux méthodes différentes pour déterminer l'état d'une roue. La première, décrite dans la demande de brevet US 6 823 242 au nom de Norfolk Southern Corporation, qui dérive du milieu ferroviaire, considère la température de la roue pour déterminer si elle est bloquée ou en train de se bloquer, en la comparant à une température moyenne des autres roues d'un même essieu. La seconde méthode, décrite dans la demande WO 98/03380, au nom de ITT Manufacturing Enterprises, effectue l'estimation de l'état de la roue à partir d'une mesure et/ou une estimation de glissement, dans le but du contrôle latéral du véhicule par appréciation de la dérive. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients tenant au fait qu'il n'est 25 pas réaliste de mesurer la température des roues d'un véhicule automobile comme le décrit la première antériorité, et que le contrôle latéral du véhicule est trop restrictif. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de détermination de l'état des roues d'un véhicule automobile équipé d'un calculateur électronique 30 embarqué et de capteurs, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'estimation de la vitesse de rotation de chaque roue et de sa perturbation à partir de la vitesse mesurée de ladite roue par un capteur, du couple moteur et du couple de freinage qui lui sont appliqués. 35 Selon une autre caractéristique du procédé, la phase d'estimation de la vitesse d'une roue et de sa perturbation comporte une première étape d'estimation de la vitesse de rotation de la roue ainsi que de sa perturbation, homogène à une accélération, par un observateur de Luenberger notamment, à partir de la mesure de sa vitesse, du couple moteur et du couple de freinage qui lui sont appliqués, suivie d'une comparaison de la perturbation sur l'estimation de la vitesse de la roue avec un seuil, pour apprécier l'importance de la perturbation sur l'estimation. Selon une autre caractéristique du procédé, il comporte de plus les phases suivantes : - une deuxième phase de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue par rapport à la vitesse du véhicule, - une troisième phase de confirmation de l'état de chaque roue par comparaison des résultats respectifs des deux phases précédentes pour détecter si l'état de la roue est normal, défini par une vitesse de roue cohérente avec la dynamique du véhicule, ou si la roue est en état de patinage ou en état de blocage. Selon une autre caractéristique du procédé, la phase de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue par rapport à la vitesse du véhicule comporte une étape de calcul de la différence entre la mesure de la vitesse de rotation de la roue et la vitesse longitudinale du véhicule mesurée ou estimée, divisée par le rayon de la roue, suivie d'une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur la vitesse, simultanée avec une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur l'accélération, ces deux erreurs sur la vitesse et l'accélération ainsi obtenues étant ensuite comparées à des seuils distincts et respectifs. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé tel qu'il comporte, pour réaliser la première phase d'estimation de la vitesse d'une roue, des premiers moyens dits d'estimation, à partir de la mesure de sa vitesse de rotation, du couple moteur et du couple de freinage qui lui sont appliqués, constituant les entrées d'un observateur de Luenberger destiné à délivrer cette estimation de la vitesse de rotation de la roue ainsi que de sa perturbation, homogène à une accélération, ledit observateur utilisant les équations dynamiques de la roue et de la perturbation. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, ladite deuxième phase de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue est réalisée par des deuxièmes moyens dits de détermination, à partir d'une estimation ou d'une mesure de la vitesse longitudinale Vref du véhicule d'une part et de la mesure de la vitesse de rotation w de la roue d'autre part, constitués d'un sommateur réalisant la différence entre ces deux mesures puis de deux filtres, un premier filtre du premier ordre sur la vitesse et un second filtre du premier ordre sur l'accélération de la roue, obtenue par dérivation de la vitesse, dont les sorties respectives dv et dA sont égales à : 0ù Wref et (CVùCëref)*s d, = zs +1 dA= s étant le terme de Laplace, r étant le coefficient de filtrage dépendant du capteur choisi, ces deux valeurs dv et dA étant ensuite comparées chacune à un seuil dans des comparateurs qui délivrent chacun, si les valeurs absolues de dv et dA ne dépassent pas chacune leur seuil respectif, un signal binaire égal à 1, et en ce que les sorties de ces deux comparateurs sont envoyées dans un circuit logique, qui est une porte ET, permettant de vérifier que les deux conditions précédentes sur la vitesse et l'accélération sont remplies simultanément. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, ladite troisième phase de confirmation de l'état de chaque roue est réalisée par des troisièmes moyens logiques de commande du type porte ET, recevant en entrée les signaux de sortie respectivement des premiers moyens d'estimation et des deuxièmes moyens de détermination, pour délivrer un signal d'information sur l'état de la roue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, illustrée par les figures suivantes qui sont : - la figure 1 : un schéma fonctionnel du procédé de détermination de l'état d'une roue selon l'invention, la figure 2 : un schéma fonctionnel d'un observateur de Luenberger, - la figure 3 : un schéma des différents moyens constitutifs du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé de détermination de l'état des roues d'un véhicule selon l'invention a pour but de détecter si l'état de chaque roue est normal, c'est-à-dire si sa vitesse de rotation est cohérente avec la dynamique du véhicule, ou si elle est en état de patinage ou en état de blocage. Pour cela, il comporte une phase (pl d'estimation de la vitesse de rotation de la roue et de sa perturbation, à partir de la vitesse mesurée w de ladite roue par un capteur 1, du couple moteur Cm et du couple de freinage Cf qui lui sont zs+1 appliqués et dont les valeurs sont données respectivement par deux capteurs 2 et 3 embarqués sur le véhicule, comme le montre la figure 1 qui représente un schéma fonctionnel du procédé. Cette phase (pl comporte une première étape d'estimation de la vitesse de rotation w de la roue ainsi que de sa perturbation d, homogène à une accélération, par un observateur de Luenberger par exemple ou une autre méthode algorithmique, à partir de la mesure de sa vitesse w, du couple moteur Cd, et du couple de freinage Cf qui lui sont appliqués. L'observateur délivre donc une estimation de la perturbation d sur la vitesse de la roue, qui, dans une seconde étape, est envoyée dans un comparateur de seuil Cs, pour apprécier l'importance de la perturbation sur l'estimation. Cette perturbation d est comparée à un seuil sd et, si sa valeur absolue est supérieure au seuil, elle est considérée comme importante et l'état de la roue n'est pas considéré comme normal. Dans ce cas, la sortie F, du comparateur délivre la valeur O. Par contre, si la valeur absolue de la perturbation est inférieure audit seuil, elle est considérée comme peu importante, l'estimation de la vitesse est considérée comme bonne ainsi que l'état de la roue et le comparateur délivre la valeur 1. Comme le montre la figure 3 qui est un schéma des différents moyens constitutifs du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, embarqué sur le véhicule, cette phase (pl est réalisée par des premiers moyens M, dits d'estimation, à partir de la mesure de la vitesse de rotation w de la roue, du couple moteur Cm et du couple de freinage Cf qui lui sont appliqués, constituant les entrées d'un observateur OL de Luenberger, destiné à délivrer cette estimation de la vitesse de rotation w de la roue ainsi que de sa perturbation d, homogène à une accélération. Cet observateur utilise les équations dynamiques de la roue et de la perturbation d, constituant le système suivant : J*w=Cm-Cf+d d=o y=w pour lesquelles J est le moment d'inertie de la roue, d est la dérivée de la perturbation qui est constante et y est la mesure de sortie de l'observateur. Comme le montre le schéma de la figure 2, l'observateur OL présente la structure suivante : il comprend un circuit 5 de calcul de la différence entre la vitesse de rotation mesurée w et son estimation w obtenue en sortie de l'observateur. Cette différence est multipliée, d'une part, dans une première branche par un coefficient K2, dans un circuit multiplicateur 6 qui délivre une estimation de la dérivée de la perturbation d , qui est homogène à l'accélération de la roue, et d'autre part, dans une seconde branche par un coefficient K,, dans un autre circuit multiplicateur 7. Le produit obtenu est ajouté aux couples moteur Cm et de freinage Cf appliqués à la roue, dans un premier circuit sommateur 8, puis à la perturbation obtenue par intégration de la dérivée d , dans un circuit intégrateur 9. Cette somme est ensuite divisée par l'inverse du moment d'inertie de la roue J, dans un circuit diviseur 10, puis passe dans un intégrateur 11 qui délivre la valeur estimée w de la vitesse de rotation, selon les équations suivantes : J *w=Cm-Cf+d+K,(w-w) d =K2(w- K, et K2 étant des coefficients traduisant la dynamique de l'observateur et définis pour obtenir une bonne dynamique de la détection sans être trop sensible au bruit de mesure, w étant la vitesse de rotation estimée de la roue, (co-(î)) étant l'erreur d'estimation sur la vitesse w. Pour confirmer cette estimation de l'état de la roue, le procédé peut comporter également une deuxième phase (P2 de détermination de l'évolution de la vitesse de rotation de chaque roue par rapport à la vitesse longitudinale Vfef du véhicule, délivrée par un capteur ou un estimateur 4. Les résultats respectifs de ces deux phases (pl et (P2 sont comparés, dans une troisième phase (Q3 de confirmation, pour délivrer l'état des roues. La phase (p2 de détermination de l'évolution de la vitesse de la roue par rapport à la vitesse Vfef du véhicule comporte une étape de calcul de la différence entre la mesure de la vitesse de rotation w de la roue et la vitesse de rotation de référence égale à la vitesse longitudinale Vref du véhicule, estimée ou mesurée, divisée par le rayon R de la roue, suivie d'une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur la vitesse, simultanée avec une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur l'accélération, ces deux erreurs sur la vitesse et l'accélération ainsi obtenues étant ensuite comparées à des seuils sv et sA distincts et respectifs.35 Pour cela, cette deuxième phase (P2 est réalisée par des deuxièmes moyens M2 dits de détermination de l'évolution de la vitesse des roues, à partir d'une estimation ou d'une mesure de la vitesse longitudinale Vref du véhicule d'une part et de la mesure de la vitesse de rotation w de la roue d'autre part. La différence 6w entre la vitesse mesurée w et la vitesse de référence Wref est réalisée dans un circuit sommateur 13, puis elle est envoyée à travers deux filtres, un premier filtre Fv du premier ordre sur la vitesse et un second filtre FA du premier ordre sur l'accélération de la roue, obtenue par dérivation de la vitesse, dont les sorties respectives dv et dA sont égales à : d _ u1 COref zs+1 et ]A = (Q) ~rej)* S zs+1 s étant le terme de Laplace, r étant le coefficient de filtrage dépendant du capteur choisi. Ces deux valeurs dv et dA sont ensuite comparées chacune à un seuil, sv et SA respectivement. Si les valeurs absolues de dv et dA ne dépassent pas chacune leur seuil respectif sv et SA, les comparateurs Cv et CA délivrent chacun un signal binaire fv, respectivement fA, égal à 1, ce qui signifie que la vitesse de la roue reste proche de celle du véhicule, de même que son accélération reste proche de celle du véhicule. Dans le cas contraire, les signaux binaires fv et fA sont égaux à 0. Les sorties de ces deux comparateurs Cv et CA sont envoyées dans un circuit logique 14, qui est une porte ET, permettant de vérifier que les deux conditions précédentes sur la vitesse et l'accélération sont remplies simultanément. Ce circuit 13 délivre un signal binaire F2 égal à 1 si les deux signaux fv et fA sont égaux à 0. Enfin, le procédé comporte une troisième phase cp3 de confirmation de l'état de la roue par comparaison des résultats respectifs des deux phases (pi et cp2 précédentes, pour confirmer si l'état de rotation de la roue est normal, ou bien si elle est en état de blocage ou de patinage. Pour cela, le signal F, de sortie des premiers moyens M, d'estimation et le signal F2 de sortie des deuxièmes moyens M2 de détermination sont envoyés sur des troisièmes moyens logiques M3 de commande, du type porte logique ET, dont le signal de sortie F3 donne une information sur l'état de la roue. En effet, si les deux signaux de sortie des premiers moyens 1 et des deuxièmes moyens 2 ont la même valeur 1, le procédé considère que l'état de la roue est normal. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'état des roues d'un véhicule automobile équipé d'un calculateur électronique embarqué et de capteurs, caractérisé en ce qu'il comporte une phase (cp,) d'estimation de la vitesse de rotation de chaque roue et de sa perturbation à partir de la vitesse mesurée (wm) de ladite roue par un capteur, du couple moteur (Cm) et du couple de freinage (Cf) qui lui sont appliqués. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase (cp,) d'estimation de la vitesse d'une roue et de sa perturbation comporte une première étape d'estimation de la vitesse de rotation (w) de la roue ainsi que de sa perturbation (d), homogène à une accélération, par un observateur de Luenberger notamment, à partir de la mesure de sa vitesse (w), du couple moteur (Cm) et du couple de freinage (Cf) qui lui sont appliqués, suivie d'une deuxième étape de comparaison de l'estimation de la perturbation (d) sur la vitesse de la roue avec un seuil (sd), pour apprécier l'importance de la perturbation sur l'estimation. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte également les phases suivantes : - une deuxième phase 42) de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue par rapport à la vitesse (Vfef) du véhicule, - une troisième phase 43) de confirmation de l'état de chaque roue par comparaison des résultats respectifs des deux phases précédentes (cp,) d'estimation de la vitesse de rotation et 42) de détermination de l'évolution de la vitesse pour détecter si l'état de la roue est normal, défini par une vitesse de roue cohérente avec la dynamique du véhicule, ou si la roue est en état de patinage ou en état de blocage. 4. Procédé de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que la phase 42) de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue par rapport à la vitesse (Vfef) du véhicule comporte une étape de calcul de la différence entre la mesure de la vitesse de rotation (w) de la roue et la vitesse longitudinale (Vfef) du véhicule mesurée ou estimée, divisée par le rayon (R) de la roue, suivie d'une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur la vitesse, simultanée avec une étape de filtrage du premier ordre de l'erreur sur l'accélération, ces deux erreurs sur la vitesse et l'accélération ainsi obtenues étant ensuite comparées à des seuils (sv) et (sA) distincts et respectifs. 5. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est embarqué sur le véhicule et en ce qu'il comporte, pour réaliser la première phase ((pl) d'estimation de la vitesse d'une roue, des premiers moyens (M,) dits d'estimation, à partir de la mesure de sa vitesse (w), du couple moteur (Cm) et du couple de freinage (Cf) qui lui sont appliqués, constituant les entrées d'un observateur (OL) de Luenberger destiné à délivrer cette estimation de la vitesse de rotation (w) de la roue ainsi que de sa perturbation (d ), homogène à une accélération, ledit observateur utilisant les équations dynamiques de la roue et de la perturbation (d). 6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, pour réaliser ladite deuxième phase 42) de détermination de l'évolution de la vitesse de chaque roue, des deuxièmes moyens (M2) dits de détermination, à partir d'une estimation ou d'une mesure de la vitesse longitudinale (Vfef) du véhicule d'une part et de la mesure de la vitesse de rotation (w) de la roue d'autre part, constitués d'un sommateur (13) réalisant la différence (6w) entre ces deux mesures puis de deux filtres, un premier filtre (FO du premier ordre sur la vitesse et un second filtre (FA) du premier ordre sur l'accélération de la roue, obtenue par dérivation de la vitesse, dont les sorties respectives (dv et dA) sont égales à : w-COrej d = et vs. +1 s étant le terme de Laplace, r étant le coefficient de filtrage dépendant du capteur choisi, ces deux valeurs (dv et dA) étant ensuite comparées chacune à un seuil (sv et SA) respectivement dans des comparateurs (Cv et CA) qui délivrent chacun, si les valeurs absolues de (dv et dA) ne dépassent pas chacune leur seuil respectif (sv et SA), un signal binaire (fv), respectivement (fA) , égal à 1, et en ce que les sorties de ces deux comparateurs (Cv et CA) sont envoyées dans un circuit logique (14), qui est une porte ET, permettant de vérifier que les deux conditions précédentes sur la vitesse et l'accélération sont remplies simultanément. 7. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, pour réaliser ladite troisième phase 43) de confirmation de l'état de chaque roue, des troisièmes moyens (M3) logiques de commande du type porte ET, recevant en entrée les signaux de sortie (F1) et (F2) (wù0rej)*s d= A rs+1respectivement des premiers moyens d'estimation et des deuxièmes moyens de détermination, pour délivrer un signal (F3) d'information sur l'état de la roue.