Brevet FR2896754A1 — publié le 20070803

Procédé de réduction de la distance de freinage d'un véhicule automobile et dispositif de mise en oeuvre. L'invention concerne un procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile par action simultanée sur la pince et le carrossage des roues avant pendant le roulage. II concerne également un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé. Actuellement, les gains potentiels sur la réduction de la distance d'arrêt d'un véhicule automobile en ligne droite sont limités par le potentiel du pneu en transmission d'effort longitudinal. C'est pourquoi une solution existante pour réduire la distance d'arrêt consiste à utiliser d'autres propriétés clu pneu, en particulier à faire travailler le pneu avec un minimum de pince et de carrossage des roues, les valeurs étant prédéfinies par cartographie pour chaque type de pneu. Ainsi, les efforts longitudinaux délivrés par le pneu sont a priori optimaux pour freiner en ligne droite sur une distance minimale, mais leur réglage par cartographie empêche toute adaptation aux conditions de roulage. Pour réduire encore la distance de freinage en augmentant les efforts longitudinaux du pneu, l'invention propose un procédé d'action simultanée sur la pince et le carrossage des roues avant directrices en fonction des conditions de roulage du véhicule, en particulier de l'adhérence. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part, suivie d'une application de l'effort maximal de freinage sur les roues directrices effectuée par le conducteur assisté du système d'aide à la conduite, il comprend une étape de correction des angles des plans de roues directrices, par application simultanée de consignes de pince et de carrossage sur les roues pour obtenir les efforts longitudinaux maximaux délivrés par les pneus et provoquant la décélération maxirnale du véhicule. Selon une caractéristique du procédé, pour le pneu de chacune des roues directrices, il détermine des consignes de pince S et de carrossage p qui rendent maximal l'effort longitudinal total, généré par la dérive due à la pince et au carrossage, et délivré par ledit pneu dans la direction de déplacement du véhicule en sens inverse pour provoquer la décélération du véhicule, ces consignes étant choisies parmi les valeurs établies par cartographie en fonction du type de pneu et de l'adhérence, sachant que la rigidité du pneu en dérive, la rigidité du pneu en carrossage, les efforts maximaux longitudinal et latéral, délivrés par le pneu, sont des données fixées. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle, caractérisé en ce qu'il est embarqué sur le véhicule et comprend un calculateur électronique qui reçoit des informations sur le conducteur et sur l'environnement du véhicule, qui détermine les valeurs optimales de la pince et du carrossage de chaque roue et qui commande au moins un actionneur par roue pour piloter les angles de pince et de carrossage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description concernant un véhicule automobile à quatre roues, illustrée par les figures suivantes qui sont : - la figure 1 : une vue schématique de dessus de la position des roues d'un train avant de véhicule automobile en ligne droite ; - la figure 2 : les différents efforts délivrés par un pneu de véhicule automobile en freinage ; - la figure 3 : la représentation d'une ellipse d'adhérence d'un pneu ; - les figures 4a et 4b : deux variantes d'application du dispositif de mise en oeuvre du procédé dans un plan de roue défini par ses trois points de fixation, selon l'invention. Selon l'invention, le procédé de réduction de la distance de freinage d'un véhicule automobile, équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, comporte trois étapes principales, dont une première étape de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal, à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part. Les données provenant du conducteur sont par exemple la vitesse d'enfoncement ou l'effort exercé sur la pédale de frein, le temps de passage entre les pédales d'accélérateur et de frein, l'activation du système d'assistance au freinage d'urgence AFU. Les données sur l'environnement sont notamment la distance entre le véhicule et l'obstacle détecté, la vitesse de rapprochement, l'adhérence des pneus sur la route, le temps avant impact, et proviennent par exemple du système d'aide au freinage tel que l'ABS -Anti Blocking System - par l'intermédiaire des remontées de pédale de frein quand la régulation est déclenchée. Une deuxième étape d'application de l'effort maximal de freinage sur les roues avant est effectuée par le conducteur et le système de freinage d'urgence, suivie d'une troisième étape de correction des angles des plans de roues avant, par application de consignes de pince et de carrossage sur les roues avant, ces consignes étant déterminées pour obtenir l'effort longitudinal maximal généré par les pneus et provoquant la décélération maximale du véhicule. Cette correction des angles des plans des roues directrices est réalisée par la commande d'un ou de plusieurs actionneurs. La pince est l'angle que fait le plan de roue par rapport à l'axe longitudinal OX du véhicule dans le plan XOY. Le carrossage est l'angle que fait le plan de roue par rapport à l'axe vertical OZ du véhicule dans le plan YOZ. En considérant le repère orthonormé OXYZ attaché au centre du pneu, comme le montrent les figurel et 2, dont la première est une vue schématique de dessus de la position des roues d'un train avant de véhicule en ligne droite, le pneu délivre d'une part un effort longitudinal Fx selon l'axe OX, dans le plan parallèle à la route dans le sens opposé au déplacement du véhicule et un effort transversal ou latéral F6 , généré par la dérive connue par la valeur de la pince S, selon l'axe OY perpendiculaire à l'axe OX et dans le plan parallèle à la route, dont la résultante est l'effort F total généré par le pneu sans carrossage, et d'autre part un effort latéral FaY généré par le carrossage f3 des roues du train. La direction du vecteur vitesse du véhicule est référencée V. L'effort transversal ou latéral FSY généré par la dérive D est donné par l'équation El suivante : (El) F@=ûDx8 Et l'effort latéral FaY généré par le carrossage R des roues est donné par l'équation E2 suivante : (E2) Fr = ûP x )3 Le véhicule étant équipé généralement d'un système de contrôle de la trajectoire ESP û Electronic Stability Program - et d'actionneurs agissant sur le tenseur du pneu, ou les pneus pouvant être dotés de transpondeurs, les données suivantes sont considérées comme connues : la rigidité du pneu en dérive D, la rigidité du pneu en carrossage P, l'effort longitudinal maximal Fxmax délivré par le pneu selon l'axe OX du repère OXYZ, dans le plan de la roue suivant la direction de déplacement du véhicule, - l'effort transversal maximal Fymax délivré par le pneu selon l'axe OY du repère OXYZ dans le plan de la roue et perpendiculaire à l'axe OX. 10 Ces efforts longitudinal Fxmax et latéral FYmaX maximaux délivrés par le pneu, sont généralement estimés par des capteurs associés au système ESP par exemple. Les potentiels d'accélération et de freinage du véhicule sont différents selon les 15 conditions d'adhérence des pneus sur la route et les efforts longitudinaux et latéraux disponibles sur un pneu sont donnés par l'équation E3 suivante à partir de l'ellipse d'adhérence représentée sur la figure 3 : 20 2 _â s J2 HPX (E3 ) 1 xmax FYmaxavec 0 = arctg FY Fx Ainsi, l'effort longitudinal Fx restant disponible, est donc défini par l'équation E4 suivante : (E4) Fx = Fxmax\ ~ FY max ) 1 F@ de sorte que l'effort total F délivré par le pneu sans carrossage est donné par 25 l'équation E5 suivante : (É5) F :_ IF2x + F@2 Et l'effort longitudinal total F,ong généré par le pneu avec dérive et carrossage, 30 dans la direction du déplacement du véhicule et en sens inverse et qui provoque la décélération du véhicule, est la somme de la poussée de carrossage projetée longitudinalement et de l'effort précédemment calculé, également projeté longitudinalement. Il est donné par l'équation E6 suivante : Fiong = FÇxsinô+Fxcos(8ûe)=ûPx fixsinô+(-\râX+(ûDx6)2 )xcos(8û fi) L'invention consiste à déterminer les valeurs de la pince 8 et du carrossage 13 pour obtenir la valeur maximale de cet effort longitudinal, sachant que la rigidité du pneu D en dérive, la rigidité du pneu P en carrossage, les efforts maximaux longitudinal Fxmax et latéral Fxmax, délivrés par le pneu, sont des données connues et fixées. Ces valeurs optimales de la pince 8 et du carrossage 13 sont choisies parmi les valeurs établies par cartographie en fonction du type de pneu et de l'adhérence, sachant que plus on génère de poussée de carrossage, plus le train des roues doit être pincé. Ces valeurs optimales de pince 8 et de carrossage R servent de consignes pour la commande des angles des plans de roues avant directrices. Ce procédé de réduction de la distance de freinage est mis en oeuvre par un dispositif embarqué sur le véhicule et composé notamment d'un ou plusieurs actionneurs pilotés par un calculateur électronique, soit dédié au procédé lui-même, soit appartenant au système d'aide à la conduite pour le contrôle du freinage ou de l'anti-patinage des roues par exemple. Ce calculateur électronique reçoit des informations sur le conducteur et sur l'environnement du véhicule, et détermine simultanément les valeurs optimales de la pince et du carrossage de chaque roue. Selon une première variante, le dispositif mis en oeuvre sur un véhicule classique, avec direction à crémaillère, ou de type Steer-By-Wire à roues liées ou avec colonne de direction classique, comporte un actionneur par roue pour piloter simultanément les angles de pince et de carrossage imposés. Sur la figure 4a sont représentés d'une part l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage et d'autre part l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage en mode normal, soit en braquage classique, qui se coupent perpendiculairement au point d'attache PM du moyeu, et le plan de roue est alors défini par ses trois points de fixation, le point d'attache PB de la biellette de direction, le point d'attache PM du moyeu et celui PA de l'actionneur. Le positionnement de ces trois points est imposé par les cinématiques de braquage en mode normal et la cinématique de freinage d'urgence, les angles de carrossage f3 et de pince 8 étant couplés selon l'invention. Ainsi le point PB d'application de la biellette se trouve sur l'axe A de pivot de la roue en situation d'urgence, en pointillés, qui fait un angle p avec l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage en braquage classique, cet angle p étant imposé par le mode en situation d'urgence et défini à partir de la pince 8 et du carrossage 33 par l'équation E7 suivante : (E7) tan (p) = sin (S) / sin (13) Le point d'application PA de l'actionneur de carrossage piloté selon le procédé de l'invention est placé sur un axe DA de la roue, qui fait un angle v avec l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage, défini pour obtenir l'effet de carrossage 13 induit lors du braquage. Les angles v et p sont définis par l'implantation des actionneurs. Selon une seconde variante, le dispositif de mise en oeuvre du procédé sur un véhicule automobile équipé d'une direction de type Steer-By-Wire à braquage gauche-droite découplé, qui comporte déjà un actionneur dédié au pilotage de la pince, comprend de plus un actionneur dédié au pilotage du carrossage pour découpler les deux degrés de liberté. Sur la figure 4b sont représentés d'une part l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage et d'autre part l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage en mode normal sur lequel est situé le point d'application PAP de l'actionneur dédié au pilotage de la pince, ces axes se coupant perpendiculairement au point d'attache Pm du moyeu, ainsi que le point d'application PAC de l'actionneur de carrossage qui va se trouver sur l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage. D'après un exemple numérique extrait d'une cartographie établie pour un pneu de caractéristiques suivantes : rigidité en dérive D=1350 N/ rigidité du pneu en carrossage P=D/2 effort longitudinal maximal délivré par le pneu Fxmax = 10 000 N effort transversal maximal délivré par le pneu Fvmax = 9 000 N - adhérence correspondant à une piste mouillée il = 0.5 l'effort total longitudinal sera maximal pour un carrossage de 30 et une pince de 1,2 , soit un angle p égal à 2 . Cet effort longitudinal vaut alors 10 188 N, ce qui est supérieur à 10 000 N obtenu sans pince ni carrossage, et permet un gain en distance d'arrêt de 1,45 mètre. Grâce à l'invention, la distance d'arrêt d'un véhicule automobile, lors d'un freinage en ligne droite, est sensiblement réduite par augmentation des efforts longitudinaux délivrés par les pneus des roues directrices obtenue par action simultanée sur la pince et le carrossage des roues. 6 REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part, suivie d'une application de l'effort maximal de freinage sur les roues directrices effectuée par le conducteur assisté du système d'aide à la conduite, il comprend une étape de correction des angles des plans de roues directrices, par application simultanée de consignes de pince (â) et de carrossage (f3) sur les roues pour obtenir les efforts longitudinaux maximaux délivrés par les pneus et provoquant la décélération maximale du véhicule. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le pneu de chacune des roues directrices, il détermine des consignes de pince (â) et de carrossage (13) qui rendent maximal l'effort longitudinal total, généré par la dérive due à la pince et au carrossage, et délivré par ledit pneu dans la direction de déplacement du véhicule en sens inverse pour provoquer la décélération du véhicule, ces consignes étant choisies parmi les valeurs établies par cartographie en fonction du type de pneu et de l'adhérence, sachant que la rigidité du pneu (D) en dérive, la rigidité du pneu (P) en carrossage, les efforts maximaux longitudinal (Fxmax) et latéral (Fymax), délivrés par le pneu, sont des données fixées. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données provenant du conducteur sont par exemple la vitesse d'enfoncement ou l'effort exercé sur la pédale de frein, le temps de passage entre les pédales d'accélérateur et de frein, l'activation du système d'assistance au freinage d'urgence et les données sur l'environnement sont notamment la distance entre le véhicule et l'obstacle détecté, la vitesse de rapprochement, l'adhérence des pneus sur la route, le temps avant impact, provenant par exemple du système d'aide au freinage équipant le véhicule. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est embarqué sur le véhicule et comprend un calculateur électronique qui reçoit des informations sur le conducteur et sur l'environnement du véhicule, qui détermine simultanément les valeurs optimales de la 8 pince et du carrossage de chaque roue et qui commande au moins un actionneur par roue pour piloter les angles de pince et de carrossage. 5. Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 4, caractérisé en ce que, sur un véhicule classique, avec direction à crémaillère, ou de type Steer-By-Wire à roues liées ou avec colonne de direction classique, il comporte un actionneur par roue pour piloter simultanément les angles de pince (6) et de carrossage (p) imposés, en ce que le point (PB) d'application de la biellette se trouve sur l'axe (Au) de pivot de la roue en situation d'urgence, qui fait un angle (p) avec l'axe (As) de pivot de la roue pour le carrossage en braquage classique, cet angle (p) étant imposé par le mode en situation d'urgence et défini à partir de la pince (S) et du carrossage (R) par l'équation suivante : tan (p) = sin (6) / sin (R) et en ce que le point d'application (PA) de l'actionneur de carrossage piloté est placé sur un axe (AA) de la roue, qui fait un angle (v) avec l'axe de pivot (AB) de la roue pour le braquage, défini pour obtenir l'effet de carrossage (13) induit lors du braquage. 6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que, sur un véhicule automobile équipé d'une direction de type Steer-By-Wire à braquage gauche-droite découplé, qui comporte déjà un actionneur dédié au pilotage de la pince, il comprend de plus un actionneur dédié au pilotage du carrossage pour découpler les deux degrés de liberté.