Brevet FR2890027A1 — publié le 20070302

Dispositif de commande de la pression du liquide hydraulique de freinage d'un étrier d'une roue de véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé de commande de la pression du liquide hydraulique de freinage d'un étrier d'une roue de véhicule automobile. De manière classique, les véhicules automobiles sont pourvus de plus en plus de systèmes embarqués d'aide à la conduite. Les systèmes d'aide à la conduite, permettent d'améliorer la sécurité active du véhicule, ou, en d'autres termes, tout ce qui, dans le véhicule et autour du véhicule, est pensé pour éviter l'accident. Les systèmes embarqués d'aide au freinage ont pris une importance considérable, comme les systèmes anti-blocage de roues ABS ("Anti-lock Brake System" en langue anglaise), de contrôle de trajectoire ESP ("Electronic Stability Program" en langue anglaise), d'aide au freinage d'urgence AFU (BAS ou "Brake Assistant System" en langue anglaise), ou d'anti-patinage de roues ASR ("Anti Slip Regulation" en langue anglaise). Les systèmes actuels d'aide au freinage, basés sur la détection d'un éventuel blocage de roue présentent notamment l'inconvénient de fonctionner de manière discrète ou non continue. En d'autres termes, la pression de freinage d'un étrier d'une roue, qui est déduit de la pression de freinage transmise par le liquide hydraulique de freinage à l'étrier, est délivrée en fonction du glissement de la roue qui peut changer par palier, ce qui implique la présence de discontinuités dans la pression de freinage. Le document US 4 947 332 (General Motor) porte sur l'estimation du coefficient d'adhérence d'une roue. Lors de cette estimation, l'effort longitudinal est supposé maximal, et égal à l'effort normal sur le pneu. Le document US 5 233 528 (Jack R. Phips) concerne la commande du comportement des différentes roues d'un véhicule automobile durant un freinage utilisant un système anti-blocage de roues. On mesure la vitesse de rotation de chacune des roues, et on génère, par roue, un signal de référence de la vitesse de roue proportionnel à la décélération souhaitée, ainsi qu'un facteur multiplicatif pour ajuster la décélération durant le freinage utilisant le système anti-blocage de roues. On génère, par roue, un signal d'erreur étant la différence entre la vitesse de rotation de la roue désirée et la vitesse de rotation réelle de la roue, et on commande, au moyen d'un controleur PID (proportionnelle intégrale dérivée) le freinage en fonction de ces signaux d'erreurs Un but de l'invention est de réaliser un système d'aide au freinage permettant d'utiliser un freinage maximal sans qu'il y ait un blocage de roue, tout en générant une intensité de freinage continue. Ainsi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de commande de la pression de freinage ou pression du liquide hydraulique de freinage d'un étrier d'une roue de véhicule automobile équipé d'une unité de commande électronique, d'une pédale de frein actionnable par le conducteur du véhicule, et d'un 2890027 3 capteur de mesure d'une action sur la pédale de frein. Le dispositif comprend: une première cartographie mémorisée du glissement de la roue en fonction d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue et d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, des moyens d'estimation de ladite pression de freinage à partir d'une estimation de la force longitudinale transmise au pneu, d'une estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue, d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, et du calcul de points de la première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue, et des moyens de commande adaptés pour délivrer à l'étrier de la roue la pression du liquide hydraulique de freinage estimée par les moyens d'estimation de la pression de freinage. Un tel dispositif permet d'utiliser un freinage maximal sans qu'il y ait de blocage de roue, avec une intensité de freinage continue. Un tel dispositif permet d'avoir une information sur l'adhérence et sur l'effort longitudinal. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend des moyens d'activation adaptés pour activer les moyens de commande lorsque la mesure de l'action sur la pédale de frein est supérieure à une valeur d'action sur la pédale de frein correspondant à un point de la première cartographie représentatif du début de blocage de la roue. Cette valeur d'activation est calculée à partir de l'adhérence. Ainsi, le freinage du véhicule est corrigé dès qu'une roue se bloque. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend des moyens d'estimation de la force longitudinale transmise au pneu de la roue à partir d'un pas temporel de calcul et de premiers paramètres de fonctionnement du véhicule. Par exemple, lesdits premiers parametres de fonctionnement du véhicule comprennent la vitesse de rotation de la roue, la pression de freinage transmise à l'étrier de la roue, la l0 masse du véhicule, et l'inertie de la roue. Dans un mode de réalisation préféré, comprenant des moyens d'estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue à partir de la dérive du pneu, du carrossage du pneu, du glissement du pneu, de la force longitudinale transmise au pneu, de la masse en charge du véhicule, et de caractéristiques du pneu. Avantageusement, le dispositif comprend une deuxième cartographie mémorisée des caractéristiques du pneu, et des moyens d'interpolation adaptés pour déterminer les caractéristiques du pneu par interpolation linéaire des courbes de ladite deuxième cartographie des caractéristiques du pneu. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de commande de la pression du liquide hydraulique de freinage de l'étrier de la roue sont adaptés pour asservir la vitesse de rotation de la roue sur une vitesse de rotation déterminée à partir d'un glissement désiré de la roue. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de détermination du glissement désiré de la roue à partir de ladite première cartographie du glissement de la roue et du calcul des points de la première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de commande de la pression de freinage du liquide hydraulique de freinage d'un étrier d'une roue de véhicule automobile. On utilise une première cartographie mémorisée du glissement de la roue en fonction d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue et d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, on estime ladite pression de freinage à partir d'une estimation de la force longitudinale transmise au pneu, d'une estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue, d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, et du calcul de points de la première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue, et on délivre, sur commande, la pression estimée du liquide hydraulique de freinage à l'étrier de la roue. 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 illustrant un dispositif selon un aspect de l'invention; et - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant un procédé selon un aspect de l'invention. 2890027 6 Tel qu'illustré très schématiquement sur la figure 1, le véhicule automobile comporte quatre roues 1, 2, 3 et 4, équipées chacune d'un étrier de frein respectif conventionnel 5, 6, 7 et 8 qui peut être serré au moyen d'un actionneur à commande hydraulique. Chaque étrier 5, 6, 7 et 8 est commandé par une branche respective 9, 10, 11, 12 d'un circuit hydraulique de freinage. Le circuit hydraulique de freinage comprend un moteur électrique 13 commandé, qui gère la pression du liquide hydraulique de freinage. Chaque branche 9, 10, 11, 12 du circuit de freinage hydraulique comprend en outre un capteur de pression 15, 16, 17 et 18 du liquide hydraulique. Un dispositif conventionnel de pédale de frein 19 est équipé d'un capteur de position 20 relié à une unité de commande électronique 21 par une connexion 22. En variante, un autre capteur de mesure d'une action sur la pédale de frein 19 peut être utilisée, tel un capteur de pression sur la pédale de frein 19. La mesure de la pression sur exercée sur la pédale de frein peut être convertie en une position de la pédale de frein. Le moteur électrique 13 est relié à l'unité de commande électronique 21 par une connexion 23. Les capteurs de pression 15, 16, 17 et 18 sont respectivement reliés à l'unité de commande électronique 21 par des connexions 24, 25, 26 et 27. L'unité de commande électronique 21 comprend une première cartographie mémorisée 28 du glissement d'une roue en fonction d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu d'une roue et d'une mesure d'une action sur la pédale de frein. On nomme glissement a d'une roue, une grandeur obtenue à partir du système d'équation suivant Q) a'=--1 ct)o dans lequel: o représente la vitesse de rotation de la roue, en rad/s, V représente la vitesse longitudinale du véhicule, en m/s, R représente le rayon de la roue avec le véhicule en charge, en m, oo représente une vitesse de rotation d'une roue sans charge, en rad/s, et Ro représente le rayon théorique de la roue sans charge, en m. L'adhérence d'un pneu représente l'interaction entre le pneumatique et le revêtement sur lequel il roule. L'unité de commande électronique comprend, en outre, un module d'estimation 29 de la pression de freinage délivrée à chaque étrier. La pression de freinage est la pression du liquide hydraulique de freinage transmise à un étrier. Le module d'estimation 29 de la pression de freinage estime les quatre pressions de freinages à délivrer aux étriers 5, 6,7 et 8. Les différents modules effectuent les traitements pour les quatre roues. Le module d'estimation 29 calcule la pression de freinage d'une roue à partir d'une estimation de la force longitudinale transmise au pneu, d'une estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue, d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, et du calcul de points de la première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue. Un module de commande 30 permet de délivrer à l'étrier de la roue la pression de freinage ou pression du liquide hydraulique de freinage, calculée par les moyens d'estimation 29, par l'intermédiaire du moteur électrique 13. Un module d'activation 31 active les moyens de commande 30 lorsque la mesure de l'action sur la pédale de frein 19, c'est-à-dire la position de la pédale de frein 19, est supérieure à une position de la pédale de frein 19 correspondant à un point de la première cartographie 28 représentatif du début de blocage de la roue. Un module 32 d'estimation de la force longitudinale transmise au pneu de la roue à partir d'un pas temporel de calcul et de premiers paramètres de fonctionnement du véhicule. Les premiers paramètres de fonctionnement du véhicule comprennent, par exemple, la vitesse de rotation de la roue, la pression de freinage transmise à l'étrier de la roue, la masse du véhicule, et l'inertie de la roue. Un module d'estimation 33 d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue à partir de la dérive du pneu, du carrossage du pneu, de la masse en charge du véhicule, du glissement du pneu, de la force longitudinale transmise au pneu, et de caractéristiques du pneu. La dérive du pneu est l'angle séparant le vecteur vitesse de l'essieu relié à la roue et la direction de braquage la roue. Le carrossage du pneu est l'angle entre un plan perpendiculaire au sol et le plan de la roue. La masse en charge du véhicule correspond à la masse totale du véhicule en charge, c'est-à-dire avec les passagers et les différents objets qu'il transporte. Afin de prendre en comte les caractéristiques du pneu, L'unité de commande électronique comprend également une deuxième cartographie mémorisée 34 des caractéristiques du pneu, et des moyens d'interpolation 35 capables de déterminer les caractéristiques du pneu par interpolation linéaire des courbes de ladite deuxième cartographie 34 des caractéristiques du pneu. Le module de commande 30 de la pression du liquide hydraulique de freinage de l'étrier de la roue asservit la vitesse de rotation de la roue sur une vitesse de rotation déterminée à partir d'un glissement désiré de la roue. A cet effet, un module de détermination détermine le glissement désiré de la roue à partir de la première cartographie 28 du glissement de la roue et du calcul des points de la première cartographie 28 représentatifs du début de blocage de la roue. Un module de détermination 36 détermine le glissement désiré de la roue à partir de la première cartographie 28 du glissement de la roue et du calcul des points de la première cartographie 28 représentatifs du début de blocage de la roue. Un module de calcul 37 effectue le calcul des points de la première cartographie 28 représentatifs du début de blocage de la roue. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1, est explicité au moyen de la figure 2. Le capteur de position 20 mesure une action du conducteur sur la pédale de frein par mesure du changement de position de la pédale de frein 19. Un signal indiquant la position de la pédale de frein 19 est transmis à l'unité de commande électronique 21 par la connexion 22. (étape 40). Pour chaque roue, le module d'estimation 32 estime la force longitudinale transmise au pneu d'une roue, et le module d'estimation 33 estime d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue (étape 41). Le module d'estimation 32 de la force longitudinale transmise au pneu d'une roue utilise comme représentation de la roue en rotation: mx=F J = Fa.RB F.R FB - PBÉPB -AB = K,Jr-PB F.R pB.RB.AB w = PB J J dans lequel: m représente le quart de la masse en charge du véhicule, en kg, représente l'accélération longitudinale de la roue, en m/s2, F représente la force longitudinale transmise au pneu de la roue, en N, J représente l'inertie de la roue, en kg.m2, w représente l'accélération de rotation de la roue, en rad/s2, FB représente la force de freinage de la roue ou force appliquée sur le sol par le pneu, en N, RB représente le rayon efficace des disques et des plaquettes de frein, en m, B représente le coefficient de frottement entre le disque et l'étrier de la roue, AB représente la surface efficace du disque, c'est-à-dire la surface de frottement entre le disque et l'étrier, en m2, PB représente la pression du liquide hydraulique de freinage transmise à l'étrier de la roue Keff représente le coefficient d'efficacité de plaquette, en N/bar. Le module d'estimation 32 de la force longitudinale transmise au pneu de la roue utilise les équations suivantes: w(t)-w(t At)+ B.RB.AB Ps(t)= FR TA J J y(t)= w(t)- w(t At) + B.RB.AB Ps (t) J X= F.R J P(t) 108(y(t) X.F(t))2 F(t)= F(t At)+ k(t).(y(t) X.F(t At)) k(t) _ 1.X.P(t At) 1 + X-.P(t At) dans lesquelles: t est un instant déterminé, et At est le pas de calcul, TA est le pas de calcul, en s, TA k(t) est le gain de l'estimation, adimensionnel, P(t) est la covariance de l'erreur d'estimation, X est une constante définie pour effectuer les calculs, y(t) est une variable de calcul, F est l'estimation de la force longitudinale transmise au pneu de la roue, en N. En outre, le module d'estimation 33 estime une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue à partir de la dérive du pneu, du carrossage du pneu, de la masse en charge du véhicule, et de caractéristiques du pneu (étape 41). Ce module 33 utilise le modèle pneumatique de Pacejka, qui définit la caractéristique du pneumatique. A partir du couple moteur, de la pression de freinage, de la vitesse des roues et de la force normale le module d'estimation 32 calcule la force longitudinale transmise au pneu. L'estimation de la force longitudinale transmise au pneu permet au module d'estimation de l'adhérence 33 de prendre en compte les deux valeurs de force longitudinale les plus proches de la force longitudinale estimée, ainsi que les adhérences correspondantes. L'adhérence estimée par le module 33 est une interpolation linéaire de ces deux valeurs d'adhérences. Le module 37 effectue une estimation des points de la première cartographie 28 représentatifs du début de blocage de la roue (étape 42). Partant du calcul de ces points représentatifs du début de blocage de la roue et de la première cartographie 28, le module 36 détermine le glissement désiré de la roue. Le module 36 utilise une cartographie. Le système teste, à partir de la première cartographie 28 et des points de la première cartographie 28 représentatifs du début de blocage de la roue, si la position de la pédale de frein correspond à un blocage d'une roue (étape 43). Si la position de la pédale de frein correspond à un début de blocage d'une roue (étape 44), le module 36 détermine également la vitesse de rotation désirée de la roue, qui est directement proportionnelle au glissement désiré. Le module de commande 30 de la pression de freinage du liquide hydraulique de freinage de l'étrier de la roue calcule la vitesse de rotation désirée wd de la roue, en rad/s à partir de l'équation V dans laquelle 6d représente le glissement désiré. Le module de commande 30, utilise les équations suivantes m=F J=C,, C F.R.x=w.R dans lesquelles: Cm représente le couple moteur transmis à la roue, en N.m, Cf représente le couple de freinage transmis à la roue, en N.m, et R représente le rayon de la roue, en m. La fonction de transfert est alors la suivante: _ 1 cu(s) (J+mR2)sC Cf Enfin, l'unité de commande électronique 8 teste si la vitesse longitudinale du véhicule est nulle(étape 45), et si elle n'est pas nulle le système boucle (étape 40) L'invention permet de réaliser un système d'aide au freinage permettant d'utiliser un freinage maximal sans qu'il y ait un blocage de roue, avec une intensité de freinage uniforme. 2890027 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de la pression du liquide hydraulique de freinage d'un étrier (5, 6, 7, 8) de freinage d'une roue (1, 2, 3, 4) de véhicule automobile équipé d'une unité de commande électronique (21), d'une pédale de frein (19) actionnable par le conducteur du véhicule, et d'un capteur (20) de mesure d'une action sur la pédale de frein (19), caractérisé en ce qu'il comprend une première cartographie mémorisée (28) du glissement de la roue en fonction d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue et d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, des moyens d'estimation (29) de ladite pression de freinage à partir d'une estimation de la force longitudinale transmise au pneu, d'une estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue, d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, et du calcul de points de la première cartographie (28) représentatifs du début de blocage de la roue, et des moyens de commande (30) adaptés pour délivrer à l'étrier de la roue la pression du liquide hydraulique de freinage estimée par les moyens d'estimation (29) de la pression de freinage. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens d'activation (31) adaptés pour activer les moyens de commande (30) lorsque la mesure de l'action sur la pédale de frein (19) est supérieure à une valeur d'action sur la pédale de frein (19) correspondant à un point de la première cartographie (28) représentatif du début de blocage de la roue. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant des moyens (32) d'estimation de la force longitudinale transmise au pneu de la roue à partir d'un pas temporel de calcul et de premiers paramètres de fonctionnement du véhicule. 2890027 16 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdits premiers paramètres de fonctionnement du véhicule comprennent la vitesse de rotation de la roue, la pression de freinage transmise à l'étrier de la roue, la masse du véhicule, et l'inertie de la roue. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant des moyens (33) d'estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue à partir de la dérive du pneu, du carrossage du pneu, du glissement du pneu, de la force longitudinale transmise au pneu, de la masse en charge du véhicule, et de caractéristiques du pneu. 6. Dispositif selon la revendication 5, comprenant une deuxième cartographie mémorisée (34) des caractéristiques du pneu, et des moyens d'interpolation (35) adaptés pour déterminer les caractéristiques du pneu par interpolation linéaire des courbes de ladite deuxième cartographie (34) des caractéristiques du pneu. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, les moyens de commande (30) de la pression du liquide hydraulique de freinage de l'étrier de la roue sont adaptés pour asservir la vitesse de rotation de la roue sur une vitesse de rotation déterminée à partir d'un glissement désiré de la roue. 8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant des moyens de détermination (36) du glissement désiré de la roue à partir de ladite première cartographie (28) du glissement de la roue et du calcul des points de la première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue. 9. Procédé de commande de la pression du liquide hydraulique de freinage d'un étrier d'une roue de véhicule automobile, caractérisé en ce que l'on utilise une première cartographie mémorisée (28) du glissement de la roue en fonction d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue et d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, on estime ladite pression de freinage à partir d'une estimation de la force longitudinale transmise au pneu, d'une estimation d'une grandeur représentative de l'adhérence du pneu de la roue, d'une mesure d'une action sur la pédale de frein, et du calcul de points de la 2890027 17 première cartographie représentatifs du début de blocage de la roue, et on délivre, sur commande, la pression estimée du liquide hydraulique de freinage à l'étrier de la roue.