Brevet FR2895314A1 — publié le 20070629

Procédé et dispositif de commande d'un système anti-roulis pour véhicule automobile. L'invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un système anti-roulis actif d'un véhicule, destiné à réduire les risques de décollement d'une des roues intérieures au virage et de renversement du véhicule, dans le but d'améliorer le comportement du véhicule, donc la sécurité du conducteur et le confort de conduite. Un véhicule automobile est conçu de manière à présenter un comportement le plus stable possible quelle que soit la sollicitation du conducteur, en particulier en termes de braquage du volant, ou l'état d'adhérence de la chaussée. Cependant, certaines situations de conduite peuvent provoquer un décollement d'une ou des deux roues intérieures au virage, parfois jusqu'au renversement du véhicule. De telles situations sont d'autant plus probables que le centre de gravité du véhicule est haut et que sa voie, qui est l'espace entre les deux roues d'un même essieu, est petite. Un système anti-roulis permet entre autres d'améliorer le comportement des véhicules dans ces situations délicates, en virage par exemple. Pour cela, il comprend généralement une unité centrale de contrôle recevant d'un capteur une information sur l'accélération latérale YT du véhicule, et d'un autre capteur une information sur la vitesse des roues permettant de déterminer la vitesse V du véhicule. Il comprend également des actionneurs capables d'agir sur la raideur de la suspension disposée entre le châssis et chacune des quatre roues respectivement, ou sur celle de barres anti-roulis au niveau des trains avant et arrière. Ces actionneurs peuvent comprendre des vérins hydrauliques ou électriques pouvant modifier la raideur de la suspension ou des éléments de suspension activé à raideur commandée. Une solution actuelle pour diminuer les risques de décollement des roues, voire de renversement du véhicule, est décrite par exemple dans la demande de brevet européen EP 0 376 306 B1, déposée au nom de TOYOTA. Elle utilise un système de suspensions pilotées. Un tel système présente un rapport prestations/coût trop faible pour être jugé intéressant. Le but de l'invention est de commander un système anti-roulis actif pour diminuer les risques de décollement des roues du sol et de renversement du véhicule. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de commande d'un système anti-roulis actif pour véhicule automobile, équipé d'actionneurs agissant sur la raideur de barres anti-roulis au niveau des trains avant et arrière et pilotés par une unité centrale électronique en fonction notamment de l'accélération latérale du véhicule, caractérisé en ce qu'il détermine le couple anti-roulis total à appliquer aux trains avant et arrière, résultant de la répartition de raideur optimale entre les deux trains calculée pour qu'une des deux roues intérieures au virage ait une charge minimale qui empêche son décollement et correspondant à la consigne désirée établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule lors d'un coup de volant. Selon une autre caractéristique, afin d'éviter le décollement de la roue intérieure avant, respectivement arrière, dans un virage, le procédé calcule la valeur maximale de la répartition de raideur sur le train avant, respectivement arrière, en fonction des accélérations latérale et longitudinale du véhicule, qui assure une charge minimale sur ladite roue avant, respectivement arrière. Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif bi-train, le couple total anti-roulis déterminé est réparti entre les deux trains avant et arrière selon la répartition de raideur optimale correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue en saturant la consigne de la répartition de la raideur, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale de la répartition empêchant le décollement de ladite roue. Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train arrière, le couple total anti-roulis déterminé est appliqué au train arrière selon la répartition de raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue par saturation de la consigne de répartition de la raideur, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale empêchant le décollement de ladite roue. Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train avant, le couple total anti- roulis déterminé est appliqué au train avant selon la répartition de la raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue à partir de la consigne de répartition de la raideur à l'avant saturée par la valeur maximale de répartition de la raideur empêchant le décollement de ladite roue. Un second objet de l'invention est un dispositif de pilotage d'un système anti- roulis actif pour véhicule, comprenant une unité centrale électronique pilotant des actionneurs agissant sur la raideur des barres anti-roulis, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de calcul de la répartition maximale de la raideur appliquée sur les deux trains du véhicule, pour que la roue intérieure considérée ait une charge minimale l'empêchant de décoller du sol, recevant en entrée l'accélération longitudinale et l'accélération transversale du véhicule, - des moyens de calcul de la consigne de couple total anti-roulis à appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis, - des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure considérée, avant ou arrière, calculant le couple saturé réparti sur la barre anti-roulis active avant ou arrière. Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif bi-train pour véhicule, les moyens de calcul de la consigne de couple total anti-roulis à appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis, calculent également la consigne de répartition de la raideur appliquée sur les trains avant et arrière du véhicule. Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système anti- roulis actif bi-train pour véhicule, les moyens d'évitement du décollement d'une roue intérieure remplissent les différentes fonctions suivantes : - une fonction de saturation de la consigne de répartition de la raideur entre les trains avant et arrière par la répartition maximale calculée pour éviter le décollement de la roue intérieure avant ou arrière, délivrant en sortie une valeur saturée entre deux bornes inférieure et supérieure de la répartition de charge, - une fonction de multiplication de cette valeur saturée de la consigne de répartition de la raideur par la consigne de couple anti-roulis, délivrant la consigne de couple associée à une multiplication de la répartition saturée de la raideur sur le train avant par la consigne de couple anti-roulis pour donner la consigne de couple à l'avant. Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif mono-train pour véhicule, les moyens d'évitement du décollement d'une roue intérieure, recevant en entrée, d'une part la répartition maximale pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière de la part des moyens de calcul, et d'autre part la consigne de couple total anti-roulis, remplissent les différentes fonctions suivantes : - une fonction de calcul de la valeur absolue de cette consigne de couple total, - une fonction de correspondance entre les valeurs absolues de cette consigne de couple total et celles de la consigne de répartition de la raideur entre les trains avant et arrière, qui est caractéristique du véhicule et établie par cartographie lors de sa mise au point, - une fonction de saturation de la répartition de raideur anti-roulis qui compare la valeur de la répartition maximale et celle de la consigne, obtenue par cartographie, et qui, si la consigne de répartition est inférieure à la répartition maximale, la prend en compte pour le calcul de la consigne de couple total à appliquer sur le train arrière et, si la consigne est supérieure à la répartition maximale, elle est remplacée par cette dernière pour obtenir le couple total, - une fonction de calcul du couple total à envoyer sur l'actionneur du train arrière, obtenu par inversion de la courbe de la répartition de charge en fonction du couple puis multiplication par 1 selon le signe de la consigne de couple total. Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif bi-train pour véhicule, dans le cas d'un évitement de décollement de la roue avant, avec un système d'anti-roulis sur le train arrière, la fonction de saturation prend en compte la valeur maximale de la raideur à l'avant, en déduit la valeur de la raideur à l'arrière, pour la comparer à la consigne de répartition désirée obtenue à partir de la consigne de couple totale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation de l'invention illustrée par les figures suivantes qui sont : la figure 1 : un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un dispositif anti-roulis bi-train d'un véhicule ; les figures 2 et 3 : les domaines de fonctionnement d'un véhicule, définis par ses accélérations latérale yT, longitudinale yL et sa répartition de raideur kar sur le train arrière, respectivement avant ; la figure 4: le détail fonctionnel des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière dans le cas d'un système anti-roulis bi-train ; la figure 5 : un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un dispositif anti-roulis mono-train ; les figures 6 et 7 : le détail fonctionnel des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière dans le cas d'un système anti-roulis mono-train avant ou arrière. L'invention consiste à calculer le couple total anti-roulis optimal à appliquer sur chacun des deux trains de roues selon une répartition définie en cas de système antiroulis bi-train, ou sur un des deux trains en cas de système mono-train pour empêcher le décollement d'une des roues du véhicule, intérieures au virage. Comme le montre la figure 1, concernant un dispositif de pilotage d'un système anti-roulis bi-train pour véhicule, il reçoit en entrée l'accélération longitudinale yL et l'accélération transversale YT du véhicule, qu'elles soient mesurées par un capteur ou estimée. Dans le cas d'une estimation de l'accélération longitudinale par un observateur à partir de la vitesse V du véhicule et de la demande de freinage correspondant à une force Ff exercée par le conducteur, l'accélération longitudinale yL s'exprime par le quotient de la force Ff par la masse maximale du véhicule Mmax : YL Mmax Il est préférable de sous estimer le signal pour sous estimer le report de charge. L'observateur modélise l'erreur d sur l'accélération : 30 V=YL+d+k,(VùV) d=k,(VùV) YL =YL+d Les paramètres k, et k2 réalisent le compromis entre la rapidité de la dérivation 35 et la sensibilité au bruit. FJ Dans le cas d'une estimation de l'accélération transversale par un modèle à deux roues, celui-ci utilise l'angle de braquage moyen a du train avant et la vitesse V du véhicule selon les équations suivantes : MV2 MV _ DI L^ + D2 L2 D2 L2 - DI LI VI, Iz -1+D2 L2-DI LI D,+D2 DI LI + S 1, DI MV a Yr r _ ir8 DZ LZ - DL, D+DZ DMV M +Ma Dans ces équations, M est la masse totale du véhicule, V sa vitesse, -jr sa vitesse de lacet, lZ son inertie autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, LI et L2 la distance du centre de gravité à l'essieu avant et arrière respectivement, a l'angle de braquage moyen du train avant, D, et D2 la rigidité de dérive des trains avant et arrière respectivement et ô l'angle de dérive. Le système de pilotage reçoit de plus les signaux utilisés dans les lois de commande anti-roulis, tels que l'angle volant a, la vitesse de lacet çjr , la vitesse longitudinale V du véhicule entre autres. Le système comporte des moyens 3 de calcul de la répartition maximale de la raideur appliquée sur les deux trains du véhicule, pour que la roue intérieure considérée ait une charge minimale l'empêchant de décoller du sol, la charge étant l'effort vertical Fz appliqué aux pneus. Fzii est l'effort vertical appliqué sur la roue i de l'essieu j, i et j étant des entiers égaux à 1 ou 2. Pour les roues du train avant, la charge s'exprime en fonction de l'accélération latérale VT, de l'accélération longitudinale yL et du poids du véhicule, par les expressions suivantes : k" ( 1- hMyL L, Mg Fz>>_-e kMyTJ 2L + - k" hMyL L2 Mg Fm=+(hMyT)- 2L + 2L i 2LHy. hMyr (hyL ù L2g)e, e, Fzav~n,Min = kav,,1 Pour les deux roues de l'essieu arrière : kar F (hMyr, / )+ hMYL + L1 Mg e2 zzt = ù 2L 2L Fzzz = + kar (hMy,. )+ hM)tL + L, Mg e2 2L 2L avec kav + kar = 1 Le procédé selon l'invention détermine la répartition de raideur entre le train avant et le train arrière, en fonction des accélérations latérale et longitudinale du véhicule, qui assure une charge minimale sur une des roues intérieures au virage. Dans le cas de la roue arrière du véhicule, intérieure au virage, il faut que sa charge Fzarint soit supérieure ou égale à la charge minimale Fzar,ntM;n, ce qui entraîne que la répartition de raideur anti-roulis sur le train arrière kar doit être inférieure à une valeur maximale karMax, définie de la façon suivante : k Ainsi, en sortie des moyens 4, le procédé délivre les consignes de couple total anti-roulis CARCons et de répartition de charge anti-roulis désirée karcons. Dans des moyens 5 d'évitement du décollement de la roue intérieure considérée, avant ou arrière, le procédé calcule le couple saturé réparti sur la barre anti-roulis active avant ou arrière. Cette saturation du couple anti-roulis est nécessaire pour que les valeurs calculées du couple soient réellement applicables. En effet, la répartition du couple étant effectuée à partir de barres anti-roulis actives, les ressorts de suspensions contribuent également à la raideur du roulis du véhicule et à sa répartition. Les valeurs extrêmes proches des répartitions correspondant à k = 0, soit pas de raideur de roulis à l'arrière, ou k = 1, soit pas de raideur de roulis à l'avant, ne peuvent pas être atteintes et il faut alors saturer la répartition entre 0,1 et 0,9 par exemple. Les moyens 5 d'évitement du décollement d'une roue intérieure remplissent les différentes fonctions suivantes, illustrées par la figure 4. Une fonction 6 de saturation de la répartition de la raideur anti-roulis reçoit en entrée, d'une part la répartition maximale karMax pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière, calculée par les moyens 3, ou kavMax pour éviter le décollement de la roue intérieure avant, et d'autre part la consigne de répartition de la raideur karcons entre les trains avant et arrière, calculée par les moyens 4, pour délivrer en sortie une valeur saturée entre deux bornes inférieure et supérieure de la répartition de charge karsat. Cette répartition entre les deux trains du véhicule, donne lieu d'une part à la répartition saturée de la raideur sur le train avant kavsat qui subit une multiplication 10 par la consigne de couple CARCons anti-roulis, donne la consigne de couple à l'avant CARY, et d'autre part à la répartition saturée de la raideur karsat sur le train arrière qui, également multipliée par la consigne de couple anti-roulis CARCons donne la consigne de couple à appliquer sur le train arrière CARR. Dans le cas d'un système anti-roulis mono-train, le couple total, à appliquer par l'actionneur sur le seul train de roues à anti-roulis actif du véhicule, est calculé comme le montre le schéma fonctionnel de la figure 5, la répartition de la raideur entre les deux trains se déduisant de la consigne du couple CARCons. Comme pour un système anti-roulis bi-train, le procédé calcule le couple saturé à envoyer à l'actionneur du train anti-roulis actif, avant ou arrière, pour les mêmes raisons. Les moyens 5 d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière remplissent des fonctions illustrées par le schéma de la figure 6 ou de la figure 7 selon l'anti-roulis mono-train avant ou mono-train arrière. Dans le cas d'un anti-roulis mono-train arrière, et d'un évitement de décollement de la roue intérieure arrière (figure 6), les moyens 5 d'évitement du décollement de la roue reçoivent en entrée, d'une part la répartition maximale karMax pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière de la part des moyens 3 de calcul, et d'autre part la consigne de couple total anti-roulis CARCons en provenance des moyens 4. A la valeur absolue 7 de cette consigne de couple total désiré est associée une valeur de la consigne de répartition de la raideur karcon entre les trains avant et arrière, qui est caractéristique du véhicule et établie par cartographie 8 lors de sa mise au point. Lorsque le couple anti- roulis augmente à l'avant, la distribution de charge à l'arrière diminue. La valeur karMax de la répartition maximale et celle de la consigne karcons, obtenue par cartographie, sont comparées dans une fonction 6 de saturation de la consigne de répartition. Si la consigne de répartition est inférieure à la répartition maximale, elle est prise en compte pour le calcul de la consigne de couple total à appliquer sur le train arrière. Par contre, si la consigne karcons est supérieure à la répartition maximale, elle est remplacée par cette dernière pour obtenir le couple total. Le calcul du couple total à envoyer sur l'actionneur du train arrière est obtenu par inversion 9 de la courbe précédente de la répartition de charge en fonction du couple puis multiplication 10 par 1 selon le signe de la consigne de couple total CARCons• Dans le cas d'un évitement de décollement de la roue avant, avec un système d'anti-roulis sur le train arrière, la fonction 6 de saturation prend en compte la valeur maximale de la raideur à l'avant kavMax , calculée dans les moyens 3, en déduit la valeur de la raideur à l'arrière, karMax = 1 - kavMax, pour la comparer à la consigne de répartition désirée obtenue à partir de la consigne de couple total CARCons. La figure 7 correspond à un système anti-roulis sur le train avant du véhicule. Dans ce cas, la cartographie 8 reliant la consigne de couple total à appliquer à la consigne de répartition de la charge à l'arrière présente une caractéristique inverse de celle du cas mono-train arrière. En effet, une augmentation de couple appliqué au train avant entraîne une diminution de la répartition de la charge sur le train arrière. Comme précédemment, la consigne de répartition de la raideur désirée karcons, obtenue à partir de la consigne de couple total CARCons, est comparée à la répartition maximale karMax et remplacée par cette valeur si elle lui est supérieure. Ce procédé de commande permet donc de retarder ou d'éviter le décollement des roues intérieures au virage en agissant sur le système d'anti-roulis actif, et présente l'avantage de fonctionner en continu. Elle peut être assimilée à une saturation de couple ou de répartition de raideur, selon la technologie, qui varie en fonction de la situation de conduite. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un système anti-roulis actif pour véhicule automobile, équipé d'actionneurs agissant sur la raideur de barres anti-roulis au niveau des trains avant et arrière et pilotés par une unité centrale électronique en fonction notamment de l'accélération latérale du véhicule, caractérisé en ce qu'il détermine, dans un virage, le couple anti-roulis total à appliquer aux trains avant et arrière, résultant de la répartition de raideur optimale entre les deux trains calculée pour qu'une des deux roues intérieures au virage ait une charge minimale qui empêche son décollement et correspondant à la consigne désirée établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule lors d'un coup de volant. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que, afin d'éviter le décollement de la roue intérieure avant, respectivement arrière, dans un virage, il calcule la valeur maximale de la répartition de raideur sur le train avant, respectivement arrière, en fonction des accélérations latérale et longitudinale du véhicule, qui assure une charge minimale sur ladite roue avant, respectivement arrière. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en cas de système anti-roulis actif bi-train, le couple total anti-roulis déterminé est réparti entre les deux trains avant et arrière selon la répartition de raideur optimale correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue en saturant la consigne de la répartition de raideur, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale de la répartition de raideur empêchant le décollement de ladite roue. 4. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train arrière, le couple total anti-roulis déterminé est appliqué au train arrière selon la répartition de raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue par saturation de la consigne de répartition, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale de la répartition de raideur empêchant le décollement de ladite roue. 5. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train avant, le couple total anti-roulis déterminé est appliqué au train avant selon la répartition de raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue à partir de la consigne de répartition à l'avant saturée par la valeur maximale de la répartition de raideur empêchant le décollement de ladite roue. 6. Dispositif de pilotage d'un système anti-roulis actif pour véhicule, commandé par un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une unité centrale électronique pilotant des actionneurs agissant sur la raideur des barres anti-roulis, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens (3) de calcul de la répartition maximale de la raideur appliquée sur les deux trains du véhicule, pour que la roue intérieure considérée ait une charge minimale l'empêchant de décoller du sol, recevant en entrée l'accélération longitudinale (yL) et l'accélération transversale (VT) du véhicule, - des moyens (4) de calcul de la consigne de couple total anti-roulis (CARCons) à 15 appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis, - des moyens (5) d'évitement du décollement de la roue intérieure considérée, avant ou arrière, calculant le couple saturé réparti sur la barre anti-roulis active avant ou arrière. 20 7. Dispositif de pilotage selon la revendication 6, pour un système anti-roulis actif bi-train pour véhicule, caractérisé en ce que les moyens (4) de calcul de la consigne de couple total anti-roulis (CARCons) à appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis, calculent également la consigne de répartition de la raideur (karcons) appliquée sur les trains avant et arrière du véhicule. 25 8. Dispositif de pilotage selon la revendication 6, pour un système anti-roulis actif bi-train pour véhicule, caractérisé en ce que les moyens (5) d'évitement du décollement d'une roue intérieure remplissent les différentes fonctions suivantes : - une fonction (6) de saturation de la consigne de répartition de la raideur 30 (karcons) entre les trains avant et arrière, calculée par les moyens (4), par la répartition maximale (kavMax ou karMax) calculée par les moyens (3) pour éviter le décollement de la roue intérieure avant ou arrière, délivrant en sortie une valeur saturée (karsat) entre deux bornes inférieure et supérieure de la répartition de charge, - une fonction de multiplication (10) de cette valeur saturée (karsat) de la 35 consigne de répartition de la raideur par la consigne de couple anti-roulis (CARCons), calculée par les moyens (4), délivrant la consigne de couple (CARR), associée à une multiplication de la répartition saturée de la raideur sur le train avant (karsat) par laconsigne de couple (CARCons) anti-roulis pour donner la consigne de couple à l'avant (CARV). 9. Dispositif de pilotage selon la revendication 6, pour un système anti-roulis actif mono-train pour véhicule, caractérisé en ce que les moyens (5) d'évitement du décollement d'une roue intérieure, recevant en entrée, d'une part la répartition maximale (karMax) pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière de la part des moyens (3) de calcul, et d'autre part la consigne de couple total anti-roulis (CARCons) en provenance des moyens (4), remplissent les différentes fonctions suivantes : - une fonction (7) de calcul de la valeur absolue de cette consigne de couple total (CARCons), - une fonction (8) de correspondance entre les valeurs absolues de cette consigne de couple total (CARCons) et celles de la consigne de répartition de la raideur (karcon) entre les trains avant et arrière, qui est caractéristique du véhicule et établie par cartographie lors de sa mise au point, - une fonction (6) de saturation de la répartition de raideur anti-roulis qui compare la valeur (karMax) de la répartition maximale et celle de la consigne (karcons), obtenue par cartographie, et qui, si la consigne de répartition est inférieure à la répartition maximale, la prend en compte pour le calcul de la consigne de couple total à appliquer sur le train arrière et, si la consigne (karcons) est supérieure à la répartition maximale, elle est remplacée par cette dernière pour obtenir le couple total, - une fonction de calcul du couple total à envoyer sur l'actionneur du train arrière, obtenu par inversion (9) de la courbe de la répartition de charge en fonction du couple puis multiplication (10) par 1 selon le signe de la consigne de couple total (CARCons)• 10. Dispositif de pilotage selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le cas d'un évitement de décollement de la roue avant, avec un système d'anti-roulis sur le train arrière, la fonction de saturation prend en compte la valeur maximale de la raideur à l'avant (kavMax), calculée dans les moyens (3), en déduit la valeur de la raideur à l'arrière, (karMax=1 û kavMax), pour la comparer à la consigne de répartition désirée obtenue à partir de la consigne de couple totale (CARCons).