Brevet FR2887841A1 — publié le 20070105

Système et procédé de commande de braquage des roues arrière directrices embarqué à bord d'un véhicule automobile à quatre roues directrices. La présente invention concerne les véhicules automobiles à quatre roues directrices, et plus particulièrement la commande de braquage des roues arrière directrices. De façon classique, les véhicules automobiles sont pourvus d'un châssis, d'un habitacle, et de roues reliées au châssis par un mécanisme de suspension avec des roues avant directrices commandées par un volant à la disposition du conducteur dans l'habitacle du véhicule. Les véhicules à quatre roues directrices possèdent, en outre, des roues arrière directrices commandées par un mécanisme adapté. Le document GB 2 252 538 A (Honda) décrit un pilotage de roues arrière d'un véhicule automobile à quatre roues directrices pour obtenir une bonne et douce réaction en lacet pour une large gamme d'accélération. On détecte l'accélération latérale du véhicule et l'angle de braquage des roues avant, et on détermine un rapport final de l'angle de braquage des roues arrière sur l'angle de braquage des roues avant en fonction de l'accélération latérale. On détermine un angle cible de braquage des roues arrière à partir de ce rapport final, et on tourne les roues arrière pour atteindre cet angle cible. On détermine le ratio final de manière à ce que le gain éphémère d'amplitude du mouvement de lacet soit positif tant que l'accélération latérale est inférieure à une valeur prédéterminée. Un tel pilotage de roues arrière est complexe, et agit sur la vitesse de lacet pour une position angulaire du volant donnée. Ce pilotage n'est valable que pour des valeurs de vitesses de lacet limitées dépendant de la position angulaire du volant. L'invention propose de remédier à ces inconvénients et propose un système et un procédé de commande évolués, permettant d'améliorer le comportement du véhicule et par conséquent la sécurité du conducteur et le confort de conduite. Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de commande de braquage de roues arrière directrices embarqué à bord d'un véhicule automobile à quatre roues directrices. Le système comprend des moyens d'élaboration pour élaborer une consigne de braquage des roues arrière, réduisant le déphasage entre l'accélération latérale du véhicule et la vitesse de lacet du véhicule, en fonction de: - la vitesse longitudinale du véhicule; - l'angle de braquage des roues avant du véhicule; et - le gain statique de la vitesse de lacet par rapport à la position angulaire du volant. Le système permet de réduire le déphasage entre l'accélération latérale et la vitesse de lacet du véhicule, ce qui améliore le comportement du véhicule, et augmente le plaisir de conduite. En outre, le système n'est pas obligé d'être muni d'un capteur de vitesse de lacet ou d'accélération latérale. Le déphasage entre l'accélération latérale et la vitesse de lacet du véhicule est réglé sans impact sur le réglage du niveau statique de la vitesse de lacet, c'est-à--dire lorsque le comportement du véhicule est stabilisé et non transitoire. Avantageusement, le système comprend des moyens de commande pour activer ou désactiver lesdits moyens d'élaboration. Les moyens d'élaborations de la consigne sont commandés, et peuvent ainsi être activés ou désactivés. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de commande sont adaptés pour activer les moyens d'élaboration lorsque au moins un premier paramètre de fonctionnement du véhicule vérifie une condition de seuil respective. En d'autres termes les moyens d'élaborations sont activés par les moyens de commande lorsque le ou les premiers paramètres d'un ensemble d'au moins un premier paramètre de fonctionnement du véhicule vérifient chacun une condition de seuil respective, par exemple sur la vitesse longitudinale du véhicule ou la position angulaire du volant. Dans un mode de réalisation avantageux, le ou les premiers paramètres comprennent la vitesse longitudinale du véhicule et/ou la position angulaire du volant. Dans un mode de réalisation préféré, le gain statique de la vitesse de lacet par rapport à la position angulaire du volant varie en outre en fonction d'au moins un deuxième paramètre de fonctionnement du véhicule. Par exemple, ledit ou lesdits deuxièmes paramètres de fonctionnement du véhicule comprennent la vitesse longitudinale du véhicule et/ou la position angulaire du volant. En outre, les moyens d'élaboration peuvent être adaptés pour élaborer la consigne de braquage des roues arrière en outre en fonction de l'accélération de lacet du véhicule. En outre, les moyens d'élaboration peuvent être adaptés pour élaborer la consigne de braquage des roues arrière en outre en fonction de la vitesse de lacet du véhicule. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de commande de braquage de roues arrière directrices embarqué à bord d'un véhicule automobile à quatre roues directrices. On élabore une consigne de braquage des roues arrière, réduisant le déphasage entre l'accélération latérale du véhicule et la vitesse de lacet du véhicule, en fonction de: la vitesse longitudinale du véhicule; l'angle de braquage des roues avant du véhicule; et - le gain statique de la vitesse de lacet par rapport à la position angulaire du volant. Avantageusement, on active ladite élaboration de consigne de braquage des roues arrière lorsque au moins un premier paramètre de fonctionnement du véhicule vérifie une condition de seuil respective. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique du véhicule; la figure 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un module d'élaboration de consigne de braquage de roues arrière directrices, selon un aspect de l'invention; la figure 3 illustre le déphasage entre la vitesse de lacet et l'accélération latérale d'un véhicule à deux roues directrices; la figure 4 illustre l'amélioration de la phase lorsque le coefficient de retour dynamique K, diminue; et le figure 5 illustre le coefficient de retour dynamique K2 négatif supérieur ou égal à 0,6 K2,x. Sur la figure 1, est représenté schématiquement un véhicule 1 à quatre roues directrices 2, 3, 4 et 5. Les roues avant sont référencées 2 et 3, et les roues arrière référencées 4 et 5. Les roues avant 2 et 3, respectivement roues arrière 4 et 5 sont reliées entre-elles par un essieu ou train avant, respectivement arrière. On a également représenté le centre de gravité G du véhicule 1. Les axes longitudinal et transversal X et Y du véhicule 1 passant par le centre de gravité G sont également représentés en pointillés. On note _W la vitesse de lacet du véhicule 1. Les angles af et ar de braquage des roues, respectivement avant et arrière, avec l'axe longitudinal du véhicule 1, sont également représentés. La vitesse longitudinale VL du véhicule ainsi que l'accélération transversale y, du véhicule sont également indiquées sur la figure 1. Le véhicule 1 est, bien sur, équipé d'une unité de commande électronique, non représentée sur la figure 1. Les vecteurs vitesses avant Vf et arrière Vr respectivement des trains avant et arrière sont également représentés. On définit l'angle de dérive avant Sf, respectivement arrière Sr, comme l'angle entre le vecteur vitesse Vf du train avant et la direction de braquage des roues avant correspondant à un angle af, respectivement l'angle entre le vecteur vitesse Vr du train arrière et la direction de braquage des roues arrière correspondant à un angle ar. Sur la figure 2, est illustré un mode de réalisation d'un module d'élaboration 6 de consigne de braquage ar des roues arrière directrices d'un véhicule selon la figure 1. Le module d'élaboration 6 élabore une consigne de braquage des roues arrière ar, permettant de réduire le déphasage entre l'accélération latérale y, du véhicule 1, et la vitesse de lacet W du véhicule 1. Le module d'élaboration 6 reçoit en entrée la vitesse longitudinale VL du véhicule, l'angle de braquage af des roues avant du véhicule 1, et le gain statique GS 1 de la vitesse de lacet ijr par rapport à la position angulaire du volant. En outre, un signal de commande SC permet d'activer ou de désactiver le module d'élaboration 6. Par exemple, le signal de commande SC transmet une instruction d'activation du système lorsque la vitesse du véhicule dépasse un premier seuil, et/ou lorsque la position angulaire du volant dépasse un deuxième seuil. Le signal de commande SC peut, en outre, transmettre une instruction de désactivation du système lorsque la vitesse du véhicule passe sous un troisième seuil, et/ou lorsque la position angulaire du volant passe sous un quatrième seuil. La consigne de braquage ar est fournie à un système de pilotage des roues arrière directrices du véhicule 1. Le module d'élaboration 6 calcule la consigne de braquage ar des roues arrière du véhicule 1 à partir de la relation: ar = K,*af + K2 * tji avec K, = 1 GS1 (1) dans laquelle: K, est un coefficient statique entre les angles de braquage des roues arrière et avant du véhicule, en s; K2 est un coefficient transitoire de retour en accélération de lacet, en S2 af est l'angle de braquage des roues avant avec l'axe longitudinal X du véhicule 1, en rad; et ar est l'angle de braquage des roues arrière avec l'axe longitudinal X du véhicule, en rad. On écrit une fonction de transfert de la vitesse de lacet iji en fonction de l'accélération latérale ou transversale y, du véhicule 1 N' (2) Dl = avec: Dt = Iz 1+K I - \ \ Dfs2+1D4lr+K,lfvs+lDr(1 Kt) (3) VL j et N, = DL(1 KI)+M lf K, Dr lr s f) dans lesquelles: M représente la masse totale du véhicule, en kg; Iz représente l'inertie du véhicule autour de l'axe vertical en son centre 25 de gravité G, en Nm; lf est la distance du centre de gravité G à l'essieu avant, en m; (4) 1r est la distance du centre de gravité G à l'essieu arrière, en m; 1 est l'empattement du véhicule, en m; Df représente la rigidité de dérive avant, en N/rad; Dr représente la rigidité de dérive arrière, en N/rad; VL est la vitesse longitudinale du véhicule, en m/s; tjr est la vitesse de lacet du véhicule, en rad/s; iV est l'accélération de lacet du véhicule, en rad/s' ; y, est l'accélération latérale ou transversale du véhicule, mesurée au centre de gravité G, en mis' ; et 8 est l'angle entre le vecteur vitesse Vdu véhicule et l'axe longitudinal du véhicule, en rad. La rigidité de dérive avant Df, respectivement arrière Dr, est définie par le coefficient de proportionnalité entre la poussée latérale exercée sur le sol par un pneu avant et l'angle de dérive avant 8f, respectivement par le coefficient de proportionnalité entre la poussée latérale exercée sur le sol par un pneu arrière et l'angle de dérive arrière Sr. La phase du dénominateur D, de la fonction de transfert est une fonction croissante du coefficient K2, tandis que la phase du numérateur N, de la fonction de transfert est indépendante de K2. Un réglage de K2 négatif permet de réduire le déphasage entre l'accélération latérale y, du véhicule 1 et la vitesse de lacet tjr du véhicule 1, comme cela est illustré sur les diagrammes de Bode pour différentes valeurs de K2 sur la figure 4. A titre de comparaison, la figure 3 illustre le déphasage entre la vitesse de lacet tjr et l'accélération latérale y, d'un véhicule à deux roues directrices, pour lequel ce déphasage dépend de paramètres provenant de la structure générale du véhicule, et non modifiables. Afin que le système demeure stable, il est nécessaire que la condition suivante soit respectée: Iz I+K1 D K2 > Df) = K2max 1Dr On a alors pour relation entre l'angle de braquage des roues avant af et l'accélération latérale y, du véhicule 1: VL(Iz(Df + KID ) + K21DrDf)s2 + IDrDf(lr + Kllf)s + IDrDfVL(1 K1) a t MVL(Iz + K21rDr)s2 + ((Dr + Df)Iz + M(Drlr + Dfl f) + K21DrDf)s + DrDf 12 MVL(Df1f Drlr) f Y VL (6) que l'on peut écrire sous la forme: KN (s+ zn) y t= Kaf + D a f (7) dans laquelle: K et KN sont des constantes, ZN est la racine ou zéro de la fonction de transfert entre l'angle de braquage des roues avant af et l'accélération latérale yt du véhicule 1, et D2 est le dénominateur de la fonction de transfert, soit D D D2 = MV(Iz + K21rDr)s + ((Dr + Df)Iz + M(DrIr + Dflf) + K21DrDf)s + f 12 MV(Dflf Drlr) (5) (8) L'étude de la variation de la racine au zéro ZN et de la pulsation naturelle c0N de l'accélération latérale ou transversale yr permet de déterminer une valeur minimale à K2, au-dessous de laquelle un dépassement unitaire peut arriver, comme cela est représenté sur la figure 5. Cette valeur minimale est égale à 0,6xK2,,,ax. On entend par dépassement unitaire un dépassement important et unique de la valeur finale stabilisée. L'accélération de lacet iV est calculée à partir des équations suivantes: (9) M'y, = Ff+Fr IZ = Fflf - Frlr (10) VL(af + 8f) = VL.B + iÏlr (11) VL(ar + 8r) = VL.6 - Wlr (12) y, = V L (tir + 8) (13) Ff = -Df6f (14) Fr = - Dr6r (15) Dans lesquelles Ff représente l'effort latéral appliqué par le sol sur le train avant, en N; Fr représente l'effort latéral appliqué par le sol sur le train arrière, en N; 8f représente l'angle de dérive avant du train avant, en rad; et 8, représente l'angle de dérive avant du train arrière, en rad. Le coefficient K2 est calculé au moyen de l'équation suivante: 15 I, 1+ (1 GS1)-D D f 1 * REGLAGE (16) 1Dr dans laquelle le paramètre de réglage: REGLAGE peut être ajusté en fonction de la vitesse longitudinale VL du véhicule 1. La consigne de braquage a, des roues arrière est alors calculée au moyen de l'équation 1. Par exemple, pour des vitesses de l'ordre de 50 km/h, une valeur du paramètre réglage est de l'ordre de 0,4. En variante, la consigne de braquage a, des roues arrière du véhicule 1 peut être calculée directement à partir de l'accélération de lacet du véhicule 1. En effet, l'accélération de lacet if peut être évaluée à partir de deux accéléromètres mesurant l'accélération latérale ou transversale y, du véhicule 1 qui seront placés en deux points suffisamment éloignés l'un de l'autre sur l'axe longitudinal X du véhicule 1. En variante, la vitesse de lacet W fournie par un capteur de vitesse de lacet peut être dérivée et filtrée pour obtenir l'accélération de lacet du véhicule 1. L'invention permet de réduire le déphasage entre l'accélération latérale et la vitesse de lacet du véhicule, ce qui améliore le comportement du véhicule, et augmente le plaisir de conduite. K2 = REVENDICATIONS 1. Système de commande de braquage de roues arrière directrices embarqué à bord d'un véhicule automobile (1) à quatre roues directrices (2,3,4,5), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'élaboration (6) pour élaborer une consigne de braquage (ar) des roues arrière (4,5), réduisant le déphasage entre l'accélération latérale (yr) du véhicule (1) et la vitesse de lacet (fr) du véhicule (1), en fonction de: la vitesse longitudinale (VL) du véhicule (1) ; - l'angle ((If) de braquage des roues avant (2,3) du véhicule (1) ; et le gain statique (GS1) de la vitesse de lacet (t'If) par rapport à la position angulaire du volant. 2. Système selon la revendication 1, comprenant des moyens de commande (SC) pour activer ou désactiver lesdits moyens d'élaboration (6). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de commande (SC) sont adaptés pour activer lesdits moyens d'élaboration (6) lorsque au moins un premier paramètre de fonctionnement du véhicule (1) vérifie une condition de seuil respective. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel ledit ou lesdits premiers paramètres comprennent la vitesse longitudinale (VL) du véhicule et/ou la position angulaire du volant. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit gain statique (GS1) de la vitesse de lacet (W) par rapport à la position angulaire du volant varie en outre en fonction d'au moins un deuxième paramètre de fonctionnement du véhicule (1). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel ledit ou lesdits deuxièmes paramètres de fonctionnement du véhicule (1) comprennent la vitesse longitudinale (VL) du véhicule (1) et/ou la position angulaire du volant. 7. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'élaboration (6) sont adaptés pour élaborer la consigne de braquage (ar) des roues arrière (4,5) en outre en fonction de l'accélération de lacet (if') du véhicule (1). 8. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'élaboration (6) sont adaptés pour élaborer la consigne de braquage (ar) des roues arrière (4,5) en outre en fonction de la vitesse de lacet (tif) du véhicule. 9. Procédé de commande de braquage de roues arrière directrices embarqué à bord d'un véhicule automobile (1) à quatre roues directrices (2,3,4,5), caractérisé en ce que l'on élabore une consigne de braquage ((Ir) des roues arrière (4,5), réduisant le déphasage entre l'accélération latérale (ï) du véhicule et la vitesse de lacet (tif) du véhicule, en fonction de: - la vitesse longitudinale (VL) du véhicule; - l'angle (af) de braquage des roues avant (2,3) du véhicule; et - le gain statique (GS1) de la vitesse de lacet ('V) par rapport à la position angulaire du volant. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on active ladite élaboration de consigne de braquage (ar) des roues arrière (4,5) lorsque au moins un premier paramètre de fonctionnement du véhicule vérifie une condition de seuil respective.