Brevet FR2897036A1 — publié le 20070810

Procédé pour estimer la dérivée du glissement des roues d'un véhicule automobile et unité de calcul pour effectuer cette estimation La présente nvention concerne un procédé pour estimer la dérivée du glissement des roues d'un véhicule automobile équipé de deux ou quatre roues motrices et pour calculer la vitesse du véhicule. L'invention vise également une unité de calcul destinée à être embarquée dans un véhicule automobile pour mettre en oeuvre le procédé précité notamment pour la logique d'activation du dispositif d'anti-blocage des freins et/ou d'antipatinage des roues. Les constructeurs d'automobiles réalisent actuellement de nombreuses études sur l'intégration de systèmes actifs sur les véhicules, pour améliorer le Io comportement des véhicules et par conséquent la sécurité du conducteur. Pour estimer avec précision la dérivée du glissement d'une roue, il est nécessaire de disposer pour chaque roue du véhicule, d'un capteur de la vitesse de la roue, d'une estimation ou d'un capteur de couple moteur appliqué sur la transmission du véhicule, d'une estimation ou d'un capteur de couple ou de 15 pression de freinage appliqué à la roue, d'une estimation du rapport ou état des embrayages si le couple moteur est appliqué à la roue au travers une boîte de vitesses. Cette estimation précise du glissement de l'accélération est très utile dans le cadre de la réalisation d'un système de contrôle de la motricité ou de la traction 20 d'un véhicule ou de freinage ABS. La plupart des procédés connus dont le but est de prévenir ou corriger le glissement intempestif des roues du véhicule utilisent l'accélération de la roue et non l'accélération du glissement en dérivant la vitesse des roues du véhicule (ex : JP59109450 et FR2415030). L'information obtenue n'est pas exactement 25 caractéristique de l'état de la roue par rapport au sol même si elle est pertinente pour réaliser des contrôles de stabilité ou motricité. D'autres techniques permettent d'obtenir l'accélération du glissement des roues en utilisant un procédé de calcul de la vitesse de référence plus ou moins complexe (voir par exemple l'US5046787) en complément de l'obtention de l'accélération de la roue par dérivation. L'information obtenue dans ce contexte n'est pas parfaitement représentative de l'accélération du glissement car la vitesse de référence n'est pas exacte puisqu'elle subit divers traitements qui la déphasent ou elle est basée dans le cas d'un véhicule à deux roues motrices, sur une information de la vitesse des roues motrices. La demanderesse a par ailleurs proposé une méthode d'estimation de l'état de la roue basée sur un observateur d'état. Cet observateur estime une perturbation qui n'est autre que la dérivée du glissement de la roue. L'inconvénient de la méthode est de ne pas dissocier correctement les phénomènes entre les io roues droites et gauches. De plus, l'estimation par filtrage produit un déphasage de l'indicateur. Le but de la présente invention est de fournir un procédé qui permet d'enrichir l'information sur l'accélération des roues afin de connaître l'accélération du glissement de chaque roue sans pour autant faire d'approximation quant à la 15 vitesse de référence de cette roue. Suivant l'invention, le procédé pour estimer la dérivée du glissement des roues d'un véhicule automobile équipé de deux ou quatre roues motrices et d'une unité de calcul pour mettre en oeuvre ce procédé est caractérisé par les étapes suivantes : la saisie de données sur la vitesse des roues, des couples moteurs appliqués sur les roues, des pressions de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé, l'estimation de l'accélération de chaque roue en effectuant une dérivation discrète et un filtrage de la vitesse de chaque roue, l'estimation du couple appliqué à chaque roue en tenant compte, de la pression de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé et de l'état de l'embrayage, l'estimation de l'inertie des roues pour chacun des essieux avant et arrière du véhicule, la mise en oeuvre d'une transformation géométrique de l'estimation de l'accélération de chaque roue estimée en b), 20 a) 25 b) c) 30 d) e) f) l'estimation de la dérivée du glissement de chaque roue, à partir des valeurs estimées en c), d) et e). Un tel procédé permet ainsi d'effectuer une estimation précise du glissement de chaque roue d'un véhicule. De préférence, l'estimation du couple appliqué Cm sur chaque roue est effectuée à l'aide de la relation suivante : Cm ='/2 CL status x Tm CL status étant le rapport de démultiplication du rapport de boîte de vitesses engagé, ce rapport étant égal à 0, lorsque l'embrayage est ouvert et Tm est le io régime du moteur, et en ce que l'estimation du couple de freinage Cf appliqué sur chaque roue est effectuée à l'aide de la relation suivante : Cf = Efficacité x Pr Pr étant la pression de freinage appliquée sur la roue. De préférence également, l'estimation de l'inertie de chaque essieu est 15 effectuée à l'aide des relations suivantes : J = JpOnt + CL status2.Jmoi 2 Jpont étant l'inertie du pont plus l'inertie de la roue et Jmot l'inertie du moteur et CL status le rapport de démultiplication du rapport de boîte de vitesses engagé, ce 20 rapport étant égal à 0 lorsque l'embrayage est ouvert. De préférence également, la transformation géométrique selon l'étape e) est effectuée à l'aide des équations suivantes, pour les quatre roues du véhicule : (J11+M•r2)_Swä 8Sx11 M•r+I 8t 8t ijz]1 8w 8Sx (JI2 +M'r2) 12 ù 12 •M •r+ 6t 6t =126w;l _ 8t ù~(Cmj ùCf,,) 8w;% =1(Cmj -Cf,) Si' (J21 +M-r 2)8wç21 -8Sx21 8w M •r + ~J,• ' =1(Cm -Cf,) Vt ~~â+t ij≠21 ut (J22 +M •r 2) 8w22 - Wx2, M .r + 1J... Sw;~ = 1(Cm Cf," ) I àt ~t ijx22 ut i..% 25 5 Les indices 11 et 12 désignent respectivement la roue avant droite et la roue avant gauche et les indices 21 et 22 la roue arrière droite et la roue arrière gauche, Sx11, Sx12, Sx21, Sx22 désignent le glissement des roues qui est égal à : Sx1 = rwq û V (avec ij = 11, 12, 21, 22) r étant le rayon de la roue, wij la vitesse de la roue et V la vitesse du véhicule et, M la masse du véhicule et t le temps. Par ailleurs, la dérivée du glissement de chacune des quatre roues du véhicule est de préférence calculée à l'aide des équations suivantes : 8w.. (J1, + M • r2) 6w11 + J St ;x11 8Sx11 St ûI(Cmj1 -C Si'f,) i,j 1 M• r 10 15 20 25 8Sx12 = (J12+M•r2)~w12+1Ji,. - E(cm~ûCf~) St St ijx12 St J - Sw 8Sx21 û (J21 + M • r 2) 60)21 + J~ - 1(Cmi~ - Cf,, ) CSt CSt ii x21 St i, J 8Sx b'co 22 ~, 12 (J22 +M•r-) + ~Jy Ç ûCf,,) Si' Si' i;x22 L'invention concerne également une unité de calcul destinée à être embarquée dans un véhicule automobile pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Cette unité de calcul est caractérisée en ce qu'elle comprend : a) un bloc d'entrées reliées à des capteurs adapté pour fournir des données sur la vitesse des roues, des couples moteurs appliqués sur les roues, des pressions de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé, b) un bloc pour effectuer une dérivation discrète et un filtrage de la vitesse de chaque roue et fournir une estimation de l'accélération de chaque roue, c) un bloc pour estimer la valeur du couple appliqué à chaque roue en tenant compte de la pression de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé et de l'état de l'embrayage, d) un bloc pour effectuer une estimation de l'inertie des roues pour chacun des essieux avant et arrière du véhicule, 1 M•r 1 M r 1 M•r e) un bloc pour effectuer une transformation géométrique de l'estimation de l'accélération de chaque roue effectuée par le bloc, f) un bloc pour effectuer l'estimation de la dérivée du glissement de chaque roue, à partir des valeurs estimées par les blocs. De préférence, cette unité de calcul est utilisée pour contrôler un dispositif d'anti-blocage des freins et/ou un dispositif d'anti-patinage des roues et pour calculer une vitesse de référence ou un glissement, caractérisée en ce que les actionneurs du dispositif d'anti-blocage des freins et/ou dispositif d'anti-patinage sont commandés par une logique d'activation utilisant les valeurs de la dérivée du io glissement de chaque roue estimée par le bloc. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. Au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif : la figure 1 est un schéma de l'unité de calcul pour la mise en œuvre 15 du procédé selon l'invention. La figure 1 montre les différents blocs ou modules de l'unité de calcul utilisée pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation du glissement des roues d'un véhicule automobile. Cette unité comprend un bloc 1 d'entrées reliées à des capteurs adaptés 20 pour fournir des donnés sur la vitesse des roues wii, des couples moteurs Cmi appliqués sur les roues, des pressions de freinage Tfi, du rapport de boîte de vitesses engagé CL.f ù status, CLr ù status. Ce bloc d'entrée 1 est relié directement à trois blocs 2, 3, 5. Le bloc 2 effectue une dérivation discrète et un filtrage de la vitesse de 25 chaque roue et fournit une estimation de l'accélération de chaque roue. Le bloc 3 effectue une estimation de la valeur du couple appliqué à chaque roue en tenant compte de la pression de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé et de l'état de l'embrayage. Le bloc 5 effectue une estimation de l'inertie des roues pour chacun des 30 essieux avant et arrière du véhicule. Le bloc 4 qui est relié au bloc 2 effectue une transformation géométrique de l'estimation de l'accélération de chaque roue effectuée par le bloc 2. Le bloc 6 effectue l'estimation de la dérivée du glissement de chaque roue, à partir des valeurs estimées par les blocs 4, 5 et 3. On détaillera ci-après les calculs effectués par chacun des blocs ci-dessus. Dans ce qui suit, chacune des quatre roues du véhicule sera désignée par un couple d'indice ij selon la convention suivante : i=f, j=l ù roue avant gauche i=f, j=r ù roue avant droite i=r, j=l ù roue arrière gauche i=r, j=r ù roue arrière droite i0 On notera également Jij l'inertie équivalente à la roue, r le rayon de la roue, N le rapport de réduction globale, w;j la vitesse angulaire de la roue, Tmj le couple moteur sur les essieux du véhicule (i=f, r pour représenter le couple moteur à l'essieu avant (front) ou arrière (rear) du véhicule), P;j les pressions de frein à la is roue (i=f, r et j=d, g pour représenter une roue droite ou gauche du véhicule), F;j les efforts extérieurs appliqués à la roue, M la masse du véhicule, et V la vitesse du véhicule. Les signaux d'entrée du bloc 1, sont les suivants : Les vitesses roues (w;j) 20 Le(s) couple(s) moteur(s) sur les essieux du véhicule (Cmi) Les pressions de freinage (Tfj) Le(s) rapport(s) de boîte de vitesse(s) (CLf status et CLr_status). Dans le bloc 2 l'accélération de chaque roue est obtenue par dérivation discrète et filtrage de la vitesse de roue. 25 Dans le bloc 3 le couple moteur appliqué à chaque roue peut être obtenu à partir des informations issues des actionneurs ou par estimation. Pour un actionneur électrique, le couple fourni est bien maîtrisé et peut être estimé grâce aux mesures de courant électrique et de régime moteur. Pour un moteur thermique une estimation du couple moteur donne une information sur le 30 couple fourni avec un degré de précision moyen mais suffisant pour notre estimateur. Ensuite le couple à chaque roue est calculé en prenant en considération le rapport de boîte ou l'état des embrayages (ou crabot) entre l'actionneur et les roues. Le différentiel est modélisé simplement dans cette invention mais il est envisageable d'améliorer le calcul du couple à la roue en utilisant un modèle de différentiel plus sophistiqué. Dans la suite Cm;i représente le couple moteur à la roue (i=f, r pour représenter le couple moteur à l'essieu avant ou arrière du véhicule, j=r, I pour représenter une roue droite ou gauche du véhicule), Pf;i les pressions de frein à la roue (i, j décrit précédemment) et Cf;i les couples de frein correspondant. io Une illustration de l'invention consiste à calculer le couple à la roue grâce à l'expression suivante (différentiel parfait). Pour le couple aux roues avant droit et gauche : Cmfr=1/2 CLf status x Tmf Cmf,=1/2 CLf status x Tmf 15 Cffr=Efficacité Avant x Pfr Cffl=Efficacite_Avant x Pf, Pour le couple aux roues arrières droite et gauche : Cmrd=1/2 CLr _status x Tmr 20 Cmrg=1/2 CLr _status x Tmr Cfrd=Efficacite__Arrière x Prr Cfrg=Efficacite__Arrière x Pr, 25 Efficacité_Arrière et Efficacité_Avant désignent les efficacités des freins (grandeur connue et identifiée par ailleurs) et Cli_status (i=f, r pour front, rear) le rapport engagé, cette valeur étant égale à 0, lorsque l'embrayage est ouvert. Remarque : Des variantes sont possibles pour améliorer l'estimation des couples moteurs 30 et freins notamment pour : - prendre en compte les variations de l'efficacité des freins à l'aide de techniques d'observations et mieux représenter le différentiel. Le bloc 5 estime l'inertie des roues d'un même essieu, par exemple Jf; pour l'essieu avant cette inertie est fonction de l'inertie moteur Jmof et de l'inertie pont+roue Jpont selon l'équation suivante : Jonnt + CL; _ status 2 • 2 avec CLi_status (f, r pour front, rear) le rapport engagé (0 si l'embrayage est ouvert). 10 Le bloc 4 effectue une transformation géométrique. Dans le contexte d'un véhicule à 2 ou 4 roues motrices, les équations suivantes sont vérifiées pour chaque roue du véhicule : 8w.. J.. 8t` = Cm,, ùCf/ ù rF,1 avec i=f,l j=1,r Jfi = 15 M•~ 8t F,i ù z (2) On supposera que la contribution de la force aérodynamique (ù CxV2) est négligeable dans le calcul de la dynamique de glissement. De ce fait le terme 20 aérodynamique disparaît dans la suite du calcul. On appelle Sxij le glissement de la roue ij défini de la façon suivante : Sxij = rW~j - V En multipliant les deux termes de l'équation (2) par le rayon de la roue r et en sommant terme à terme l'équation ainsi obtenue avec l'équation (1) on obtient 25 l'équation suivante : 8V 8w,.7 r•M --+~J11 (Cm,, ùCf/ ) 8t . 8t En dérivant par rapport au temps t les deux termes de l'équation (3) on obtient : (3) 30 V 6w~ ex.. 8t 8t 8t On peut maintenant remplacer le terme Ç de l'équation (4) avec l'expression au second terme de l'équation (5) pour tout couple d'indice ij. On 5 obtient ainsi les quatre équations suivantes pour les quatre roues. =r 9 (4) +M•r2)ewä -8Sx11 M•r 8t 8t 8w,/ =1(Cm~ - Cf.) 8t ?,l (J11 (J12 +M r2)8w12 8Sx12 M +~ 80' - 8t 8t i/≠12 ' 8t ;,J (J2' + M • r 2) 8w21 _ 8Sx21 8 t St M r + J.. 8w' = (Cm - Cf.. ) l J ijm21 8t j I 8w (J22 +M.r2) 8w22 8Sx z, _ M r+ J/ ' (Cm,~ ùCf;,) 8t 8t ;22 8t L'estimation de la dérivée du glissement pour chacune des quatre roues est io alors donnée par : -Cfj) 8w 8w.. (Jä +M r2 11 +YJ, • -(Cm,.. -Cf/) 8t *ä 8t t,J 1 M•r 8Sx12 8t 8Sx21 8t8w 8w.. r2) 812 + EJ`' • 8t -E(C 1 ùCf,) i/≠12 8w 8w.. (J21 +M •r2) 2'+ J./ • ' -1(Cm, -Cf]) 8t 8t _ (J12 + M 1 M•r 1 M•r (J22+M.r2)8w2 +~J/. 8w'-1(Cm,/-Cf) 8t //≠22 8t 8Sx22 8t 1 M•r On note dans cette expression que le calcul de la dérivée du glissement est 15 exact, différente pour une roue droite et une roue gauche et ne dépend plus des efforts extérieurs. io aS La sortie du système (bloc 7) est notée at = Sxii ce qui représente l'estimation de la dérivée du glissement. Les essais ont montré qu'il existait un écart très faible entre la valeur calculée de la dérivée du glissement et la valeur réelle de cette dérivée. Ainsi, l'unité de calcul selon l'invention peut être utilisée pour contrôler de façon très précise notamment un dispositif d'anti-blocage des roues et/ou un dispositif d'anti-patinage des roues d'un véhicule automobile. REVENDICATIONS 1) Procédé pour estimer la dérivée du glissement des roues d'un véhicule automobile équipé de deux ou quatre roues motrices et d'une unité de calcul pour mettre en oeuvre ce procédé caractérisé par les étapes suivantes : la saisie de données sur la vitesse des roues, des couples moteurs appliqués sur les roues, des pressions de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé, l'estimation de l'accélération de chaque roue en effectuant une dérivation discrète et un filtrage de la vitesse de chaque roue, l'estimation du couple appliqué à chaque roue en tenant compte, de la pression de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé et de l'état de l'embrayage, l'estimation de l'inertie des roues pour chacun des essieux avant et arrière du véhicule, la mise en oeuvre d'une transformation géométrique de l'estimation de l'accélération de chaque roue estimée en b), l'estimation de la dérivée du glissement de chaque roue, à partir des valeurs estimées en c), d) et e). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'estimation du couple appliqué Cm sur chaque roue est effectuée à l'aide de la relation 20 suivante : Cm = Y2 CL status x Tm CL status étant le rapport de démultiplication du rapport de boîte de vitesses engagé, ce rapport étant égal à 0, lorsque l'embrayage est ouvert et Tm est le régime du moteur, et en ce que l'estimation du couple de freinage Cf appliqué 25 sur chaque roue est effectuée à l'aide de la relation suivante : Cf = Efficacité x Pr Pr étant la pression de freinage appliquée sur la roue. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'estimation de l'inertie de chaque essieu est effectuée à l'aide de la relation 30 suivante : a) lo b) 15 c) d) e) f)J = Jpont + CL status2. Jr. 2 J pont étant l'inertie du pont plus l'inertie de la roue et J mot l'inertie du moteur et CL status le rapport de démultiplication du rapport de boîte de vitesses engagé, ce rapport étant égal à 0 lorsque l'embrayage est ouvert. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, la transformation géométrique selon l'étape e) est effectuée à l'aide des équations suivantes, pour les quatre roues du véhicule : 8w.. (J11 +M•r2)8w -8Sxä M•r+lJ • ' =E(Cm;j ùcf,) 8t 8t ;;≠, I St (J1z+M•r2)'2 _ÂSx'2 M f+EJ 8wij =E(Cmj-Cf.) 8t St ij'12 8w.. (J21 +M•r2)8w21 ûSSx21 •M•r+1J1 • ' _E(Cm,, ûCf,!) St St j≠21 8t i,j 8wu 8(022 8Sxz2 (J22 +M r-)- •M •r+ J,i = E(Onu - Cfj) t St m22 8t io les indices 11 et 12 désignant respectivement la roue avant droite et la roue avant gauche el: les indices 21 et 22 la roue arrière droite et la roue arrière gauche, Sxl 1, Sx12, Sx21, Sx22 désignant le glissement des roues qui est égal à : Sxu = rw û V (avec ij = 11, 12, 21, 22) r étant le rayon de la roue, w;j la vitesse de is la roue et V la vitesse du véhicule et, M la masse du véhicule et t le temps. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la dérivée du glissement de chacune des quatre roues du véhicule est calculée à l'aide des équations suivantes : 8Sxä = (J +M•r2)8wl' +1J... dw,~ -~(Cm..Cf..) 1 St I l 8t ijxll ?l St ij M • r (J12 +M•r2)8wl-+EJi. •8w -E(Cm..-Cf..) 1 ?1 J Ut ijm12 St i..j M • r 8w.. 1 -(Cm11 -Cf,.) 8t M r 8Sx12 St SSx St CSt x 2 l 21 = (J~I+M.r2)8021 + 8Sx22 st 8w.. (J22 + M • r 2) 8w2, + (Cm û Cfj ) St ijm22 8t j 1 M r 6) Unité de calcul destinée à être embarquée dans un véhicule automobile pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend : a) un bloc (1) d'entrées reliées à des capteurs adaptés pour fournir des données sur la vitesse des roues, des couples moteurs appliqués sur les roues, des pressions de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé, b) un bloc (2) pour effectuer une dérivation discrète et un filtrage de la vitesse de chaque roue et fournir une estimation de l'accélération de chaque roue, c) un bloc (3) pour estimer la valeur du couple appliqué à chaque roue en tenant compte de la pression de freinage, du rapport de boîte de vitesses engagé et de l'état de l'embrayage, d) un bloc (5) pour effectuer une estimation de l'inertie des roues pour chacun des essieux avant et arrière du véhicule, e) un bloc (4) pour effectuer une transformation géométrique de l'estimation de l'accélération de chaque roue effectuée par le bloc (2), f) un bloc (6) pour effectuer l'estimation de la dérivée du glissement de chaque roue, à partir des valeurs estimées par les blocs (3), (5) et (4). 7) Unité de calcul selon la revendication 6, utilisée pour contrôler un dispositif d'anti-blocage des freins et/ou un dispositif d'anti-patinage des roues et pour calculer une vitesse de référence ou un glissement, caractérisée en ce que les actionneurs du dispositif d'anti-blocage des freins et/ou dispositif d'antipatinage sont commandés par une logique d'activation utilisant les valeurs de la dérivée du glissement de chaque roue estimée par le bloc (6).