Brevet FR2888194A1 — publié le 20070112

Procédé et système de commande de carrossage actif et véhicule ainsi équipé. La présente invention relève du domaine des systèmes de commande de véhicules terrestres, en particulier de véhicules automobiles à roues. De façon classique, les véhicules automobiles sont pourvus d'un châssis, d'un habitacle, 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. Le mécanisme de suspension permet des oscillations sensiblement verticales de chaque roue en fonction de la charge appliquée à cette roue et le guidage de la roue, c'est-à-dire le contrôle de la position angulaire du plan de roue, le plan de roue étant perpendiculaire à l'axe de la roue et passant par le centre de l'aire de contact avec le sol. La position angulaire du plan de roue par rapport à la caisse du véhicule est définie par deux angles, l'angle de carrossage et l'angle de braquage. L'angle de carrossage d'une roue est l'angle séparant, dans un plan transversal perpendiculaire au sol, le plan de roue du plan médian du véhicule. L'angle de carrossage est positif lorsque la partie supérieure de la roue s'écarte du plan médian vers l'extérieur du véhicule. L'angle de braquage d'une roue est l'angle séparant, dans un plan horizontal par rapport au sol, le plan de roue du plan médian du véhicule. Sur la plupart des véhicules, l'angle de carrossage est fixe pour une position particulière de la suspension et du braquage. Cependant, l'angle de carrossage subit des variations induites par les déformations des éléments constitutifs du dispositif de suspension provoquées par les efforts exercés par le sol sur la roue. Un véhicule de tourisme courant peut voir son angle de carrossage varier de plusieurs degrés sous les efforts transversaux développés par le pneumatique dans une courbe, indépendamment de la contribution du roulis de la caisse du véhicule qui s'incline généralement dans le même sens sous l'effet de la force centrifuge. Cette variation fait augmenter l'angle de carrossage pour la roue extérieure au virage et diminuer l'angle de carrossage pour la roue intérieure au virage. Le carrossage a une grande influence sur le comportement du véhicule et les performances de la liaison au sol. Le document FR-A-2 833 233 décrit un support liant une roue à des éléments de suspension d'un véhicule, le support comportant des moyens de carrossage conférant à la roue un degré de liberté de carrossage par rapport aux éléments de suspension. Le support est configuré de manière que la roue admette autour d'une position moyenne un premier centre instantané de rotation situé dans un intervalle allant de une fois à deux fois et demi le rayon de la roue au-dessus du sol, le support comprenant des moyens de contrôle aptes à influencer activement le carrossage de la roue. Les moyens de contrôle se présentent sous la forme d'un vérin et peuvent être commandés en fonction des divers paramètres de roulage du véhicule, par exemple la vitesse, l'accélération longitudinale ou transversale, la position du volant, la vitesse de rotation du volant, le couple exercé sur le volant, le roulis, la vitesse de roulis, l'accélération de roulis, le lacet, la vitesse de lacet, l'accélération de lacet, les efforts sur les roues, y compris à charge verticale, le type de conduite ou le comportement souhaité par le conducteur. Ce document décrit un dispositif purement mécanique et reste muet sur les ordres envoyés au moyen de contrôle. Le document US 6 634 654 décrit une suspension de roue pour voiture de tourisme, permettant de faire varier le carrossage au moyen d'un vérin commandé par un ordinateur de carrossage recevant en entrée l'angle de carrossage actuel, l'accélération transversale, la vitesse longitudinale du véhicule, l'angle de braquage, l'état de la route et le taux de lacet. L'ordinateur de carrossage peut également recevoir des données en provenance d'un système additionnel, telles qu'une assistance de freinage, des programmes dynamiques de conduite, des systèmes antiblocage des freins. L'ordinateur de carrossage peut également échanger des informations avec un ordinateur de braquage. Ce document n'indique pas comment sont générés les ordres envoyés aux actionneurs de carrossage. La présente invention vise à remédier aux lacunes des documents précités. La présente invention propose un procédé et un système de commande de carrossage, permettant d'améliorer le comportement du véhicule dans les phases de sous-virage ou de survirage en rejetant les perturbations extérieures et les variations paramétriques agissant sur le véhicule. La présente invention propose un procédé et un système de commande de carrossage, permettant de piloter des systèmes de carrossage actifs avant et/ou arrière en rejetant les perturbations, telles qu'un coup de vent latéral, un freinage avec une adhérence asymétrique, un levier de pied en courbe, une variation de la masse du véhicule ou encore une variation des rigidités de dérive des pneus, et ce à partir d'un faible nombre de données d'entrée. Le procédé de commande de carrossage de roues pour un véhicule comprend des étapes dans lesquelles, en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de lacet, de l'angle de braquage de roues, et d'une consigne antérieure de carrossage de roues, on estime des données d'état du véhicule, et, en fonction de la vitesse du véhicule et des données d'état estimées, on élabore une consigne actuelle de carrossage des roues. On peut élaborer une consigne actuelle de carrossage des roues avant et/ou arrière. L'angle de braquage de roues peut comprendre l'angle de braquage de roues avant et/ou arrière. Dans un mode de réalisation, on élabore une consigne actuelle de carrossage des roues à réception d'un signal externe. Dans un mode de réalisation, la consigne actuelle de carrossage des roues est envoyée à des systèmes distincts du système de commande du carrossage de roues. Avantageusement, les données d'état estimées comprennent la vitesse de lacet et l'angle de dérive. Les données d'état estimées peuvent comprendre en outre une perturbation estimée. Le système de commande du carrossage de roues pour un véhicule comprend un module d'estimation de données d'état du véhicule en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de lacet, de l'angle de braquage de roues, et d'une consigne antérieure de carrossage de roues, et un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de carrossage des roues en fonction de la vitesse du véhicule et des données d'état estimées. Avantageusement, le module d'estimation est capable d'estimer la vitesse de lacet et l'angle de dérive. Le véhicule comprend un châssis, au moins quatre roues reliées élastiquement au châssis, un mécanisme de réglage du carrossage et un système de commande du carrossage. Le système de commande comprend un module d'estimation de données d'état du véhicule en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de lacet, de l'angle de braquage de roues, et d'une consigne antérieure de braquage de roues, et un moyen d'élaboration d'une consigne actuelle de carrossage de roues en fonction de la vitesse du véhicule et des données d'état estimées. On parvient ainsi à rejeter les perturbations agissant sur le véhicule et à améliorer le comportement du véhicule lors d'un freinage en courbe, d'un levé de pied en courbe, d'un évitement d'obstacle simple ou double, d'une adhérence faible ou asymétrique ou au cours d'une perturbation aérodynamique, telle qu'un coup de vent latéral. L'invention s'applique à des véhicules à quatre roues, deux roues avant et deux roues arrière, à trois roues ou encore à des véhicules à six roues ou plus. L'invention permet à un véhicule d'adopter le comportement le plus stable possible. quelle que soit la sollicitation du conducteur ou l'état de la chaussée, tout en accroissant la sensation de sécurité, le confort et le plaisir de conduite. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule équipé d'un système de commande selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est un schéma logique du système selon un aspect de l'invention; -la figure 3 est un schéma logique du système selon un autre aspect de l'invention; et -la figure 4 est un schéma logique du système selon un autre aspect de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le véhicule 1 comprend un châssis 2, deux roues avant directrices 3 et 4 et deux roues arrière directrices 5 et 6, les roues étant reliées au châssis 2 par un mécanisme de suspension non représenté. Toutefois, les roues arrière 5 et 6 peuvent être non directrices. Le véhicule 1 se complète par un système de direction 7 comprenant une crémaillère 8 disposée entre les roues avant 3 et 4, un actionneur de crémaillère 9 apte à orienter les roues avant 3 et 4 par l'intermédiaire de la crémaillère 8 en fonction d'ordres reçus, de façon mécanique ou électrique, en provenance d'un volant de direction non représenté, à disposition d'un conducteur du véhicule. Le système de commande de carrossage 10 comprend une unité de commande 11, un capteur 12 de la position de braquage des roues avant 3 et 4, par exemple positionné sur l'actionneur 9, un capteur 13 de la vitesse de rotation par exemple des roues avant, permettant de déterminer la vitesse V du véhicule, et un capteur 14 de la vitesse de lacet tp du véhicule., c'est-à-dire de la vitesse de rotation du véhicule autour de son centre de gravité suivant un axe vertical. En outre, dans le cas de roues arrière directrices, le système 10 comprend des capteurs 17 et 18 de l'angle de braquage a2 des roues arrière 5 et 6, et des actionneurs 19 et 20 permettant d'orienter lesdites roues arrière 5 et 6. Toutefois, un seul capteur 17 et un seul actionneur 19 peuvent suffire à la détection de l'angle de braquage et à l'orientation des roues arrière 5 et 6. Les capteurs de position et de vitesse peuvent être de type optique ou encore magnétique, par exemple à effet Hall, coopérant avec un codeur solidaire d'une partie mobile tandis que le capteur est non tournant. Le système 10 comprend des actionneurs de carrossage 21 à 24, liés mécaniquement au mécanisme de suspension des roues 3 à 6 et capables de modifier l'angle de carrossage desdites roues 3 à 6. Les actionneurs 21 à 24 sont commandés par l'unité de commande 11. Le système 10 comprend des capteurs 25 à 28 de l'angle de carrossage des roues 3 à 6. Dans le mode de réalisation représenté, les capteurs 25 à 28 sont associés aux actionneurs de carrossage 21 à 24. Toutefois, les capteurs 25 à 28 peuvent être disposés séparément des actionneurs 21 à 24. Les capteurs de carrossage 25 à 28 sont reliés à l'unité de commande 11 pour fournir à ladite unité de commande 11 les angles respectifs de carrossage desdites roues 3 à 6. L'unité de commande 11 peut être réalisée sous la forme d'un microprocesseur équipé d'une mémoire vive, d'une mémoire morte, d'une unité centrale et d'interfaces d'entrée/sortie permettant de recevoir des informations des capteurs et d'envoyer des instructions, notamment aux actionneurs 19 et 20. Plus précisément, l'unité de commande 11 comprend un bloc d'entrée 29 recevant les signaux en provenance des capteurs 12 à 14, 17, 18 et 25 à 28, et notamment la vitesse du véhicule V, la vitesse de lacet l'angle de braquage des roues avant a,, l'angle de braquage des roues arrière a2, et l'angle de carrossage des roues avant y, et des roues arrière y2, voir figure 2. La vitesse V du véhicule peut être obtenue en faisant la moyenne de la vitesse des roues avant ou des roues arrière telle que mesurée par les capteurs d'un système antiblocage de roues. Dans ce cas, il est prévu un capteur 13 par roue, le système antiblocage de roues comprenant une sortie reliée à une entrée de l'unité de commande 11 pour fournir l'information de vitesse du véhicule. Alternativement, chaque capteur 13 est relié à une entrée de l'unité de commande 11, l'unité de commande 11 effectuant alors la moyenne de la vitesse des roues. L'unité de commande 11 comprend également un observateur d'état 30, permettant d'estimer les informations qui ne sont pas mesurées et qui sont nécessaires à la commande, notamment les perturbations qui agissent sur le véhicule. L'observateur d'état 30 peut par exemple être construit à partir d'un modèle de véhicule à deux roues directrices sans ballant en faisant l'hypothèse qu'une perturbation d de type échelon peut agir directement sur la vitesse de lacet du véhicule sur un intervalle de temps fini. Une dynamique qui modélise le comportement de l'actionneur peut être ajoutée. Les équations d'état associées aux modèles étendus par la perturbation, sont les suivantes Modèle de carrossage actif avant 2 1 D1L1 + D2L+2 D2L2 - DILI H1L1 VIz Iz Iz 1 + D2L2 - D1L1 D1 + D2 HI 0 MV2 MV MV 1 0 0 - - 0 0 0 j y=(1 0 0 1) o \ J DILI \ Iz DI al + MV o D2 MV o o Q + Yf d (0^ z a2 + y1 2888194 9 Modèle de carrossage actif arrière DILI + D2L2 D2L2 -DILI H2L2 V1Z IZ Iz H -1 + D2L2 - D,L1 DI + D2 2 MV2 MV MV o o o o Q y=(1 0 0 1) dans laquelle on note y la sortie considérée, M la masse totale du véhicule, I l'inertie du véhicule autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, L, la distance du centre de gravité à l'essieu avant, L2 la distance du centre de gravité à l'essieu arrière, D, la rigidité de dérive avant, D2 la rigidité de dérive arrière, H, la rigidité de carrossage avant, H2 la rigidité de carrossage arrière, y, l'angle de carrossage avant mesuré, y2 l'angle de carrossage arrière mesuré, yf1 l'angle de carrossage avant filtré, Yf2 l'angle de carrossage arrière filtré, a, l'angle des roues avant avec l'axe longitudinal du véhicule, a2 l'angle des roues arrière avec l'axe longitudinal du véhicule, V la vitesse du véhicule, tai la vitesse de lacet, [3 l'angle de dérive, et T le temps de réponse de l'actionneur. A partir de ce modèle, on développe la théorie classique des observateurs linéaires. L'observateur d'état 30 permet d'estimer les états du véhicule et l'ensemble des perturbations qui agissent sur le Q Yf2 o + MV D1 o a1 + D L 2 2 MV D2 o Iz o y 1 T a2 + \0) Yt2 d véhicule. L'observateur d'état peut donc utiliser les équations suivantes: Observateur de carrossage actif avant D1L1 +D 2L-2 _ D2L2 - DILI H L _ 1 1 0 D L 2 2 IZ IZ VIZ o IZ D2 MV DI H D,,L, DILI DI + D2 I -1± MV2 MV MV + aI + a2 + yI + K(V)(W - ) MV r o o o o o o /1 Yf d y=0 0 0 1) Observateur de carrossage actif arrière DILI + D2L2 D,L2 - DILI -1+ D,L,,-DILI MV MV r o o o o o o o fl Y f 2 Iz Vlz Il L 2 2 0 \ \. 0 / D1L] MV Iz DI o y + K(V)(yi - f3 + Yf,, d a+ D L \ ,, Iz D,, MV o o v=(1 0 0 1) d avec A qui signifie que les valeurs sont estimées, d la perturbation subie par le véhicule, et K(V) le paramètre de réglage de l'observateur d'état qui évolue en fonction de la vitesse du véhicule. La valeur estimée fournit une estimation de l'état du véhicule qui pourrait être utilisée par d'autres éléments de l'unité de commande 11. L'unité de commande 11 comprend en outre un bloc 31 de rejet de perturbation asymptotique. Le bloc 31 de rejet de perturbation asymptotique permet de rendre la perturbation d inobservable par rapport à la sortie 15 considérée, en général la vitesse de lacet tif du véhicule 1. Le bouclage est effectué sur la perturbation d estimée par l'observateur d'état 30. L'expression de la commande est - pour le carrossage AV: yI = -Gal x d - pour le carrossage AR: y2 = -Ga2 x d Yf 2 L'unité de commande 11 se complète par une sortie 32. La sortie 32 du module 31 de rejet de perturbation forme la sortie générale de l'unité de commande 11 et fournit la consigne d'angle de carrossage y,,2 des roues du véhicule. Dans le mode de réalisation illustrée sur la figure 3, l'unité de commande 11 est similaire à la précédente et comprend en outre un module 33 de détection de situation qui reçoit des informations par des entrées 34 reliées à des sorties d'autres modules non représentés, tels qu'un module de contrôle-commande de système anti-blocage de roue et un module contrôle-commande d'anti-patinage de roue. Le module 33 de détection de la situation est apte à envoyer des instructions à l'observateur d'état 30 et au bloc 31 de rejet de perturbation afin de permettre une meilleure estimation de la perturbation d en fournissant à l'observateur d'état 30 un signal représentatif par exemple de l'activation du système antiblocage de roue. Le module 33 de détection de la situation est également apte à envoyer au bloc 31 de rejet de perturbation des instructions d'inhibition lorsque la situation détectée est telle qu'il soit souhaitable que l'angle de consigne y1.2 soit nul. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 2 et 3, l'angle de consigne y,.2 de carrossage des roues est fourni aux actionneurs 21 à 24 de carrossage des roues avant et arrière. On peut en outre prévoir, voir figure 4, de fournir l'angle de consigne y12 à d'autres systèmes du véhicule, par exemple un module 35 de contrôle-commande de système antiblocage de roue afin de permettre audit module 35 de tenir compte du carrossage des roues arrière lors de l'élaboration de ces consignes de freinage, voir figure 4. A titre d'exemple, il est alors possible lors d'un freinage asymétrique, de freiner plus ou moins les roues présentant la meilleure adhérence selon que le système de carrossage est disponible ou non pour compenser le moment de lacet induit par un tel freinage asymétrique. On parvient ainsi à améliorer de façon significative la tenue de route du véhicule lors du fonctionnement du système anti- blocage de roue. A titre de variante, on peut prévoir que le module 35 soit un module d'anti-patinage des roues. On peut également prévoir une variante dans laquelle le système comprend un module 34 de détection de la situation, comme illustré sur la figure 3, et un module de contrôle-commande:35 d'un autre système, comme illustré sur la figure 4 recevant l'angle de consigne Y1,2. L'invention permet de bénéficier du carrossage des roues y,,2 à des moments voulus, notamment dès que le véhicule est en mouvement, et améliore la tenue de route du véhicule et le confort de conduite éprouvé par le conducteur. REVENDICATIONS 1-Procédé de commande du carrossage de roues pour un véhicule, dans lequel en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de lacet, de l'angle de braquage de roues, et d'une consigne antérieure de carrossage de roues, on estime des données d'état du véhicule, et, en fonction de la vitesse du véhicule et des données d'état estimées, on élabore une consigne actuelle de carrossage des roues. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel on élabore une consigne actuelle de carrossage des roues avant et/ou arrière. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'angle de braquage de roues comprend l'angle de braquage de roues avant et/ou arrière. 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on élabore une consigne actuelle de carrossage des roues à réception d'un signal externe. 5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne actuelle de carrossage des roues est envoyée à des systèmes distincts du système de commande du carrossage de roues. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données d'état estimées comprennent l'angle de dérive 13. 7-Procédé selon la revendication 6, dans lequel les données d'état estimées comprennent, en outre, une perturbation estimée d. 8-Système de commande (10) du carrossage de roues pour un véhicule (1), comprenant un module d'estimation (30) de données d'état du véhicule en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de lacet, de l'angle de braquage de roues, et d'une consigne antérieure de carrossage de roues, et un moyen d'élaboration (31) d'une consigne actuelle de carrossage des roues en fonction de la vitesse du véhicule, et des données d'état estimées. 9-Système selon la revendication 8, dans lequel le module d'estimation (30) est capable d'estimer l'angle de dérive P. 10-Véhicule (1) comprenant un châssis (2), au moins quatre roues (3 à 6) reliées élastiquement au châssis, un mécanisme de réglage du carrossage et un système selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 capable de commander ledit mécanisme.