Brevet FR2895349A1 — publié le 20070629

Procédé et système de pilotage d'un dispositif de carrossage actif avant ou arrière pour véhicule automobile. L'invention concerne un procédé et un système de pilotage d'un dispositif de carrossage actif avant ou arrière pour véhicule automobile, dans le but d'améliorer le comportement du véhicule quelle que soit la sollicitation du conducteur ou l'état de la chaussée. Le problème technique à résoudre concerne la perte de contrôle du véhicule dans certaines situations, comme lors d'un évitement d'obstacle simple ou double, souvent due à une réponse du véhicule inadaptée, trop vive et/ou pas assez amortie et/ou peu prévisible. Actuellement, pour améliorer le comportement du véhicule dans certaines situations de conduite, celui-ci peut être équipé d'un système de carrossage actif sur l'essieu avant ou sur l'essieu arrière, piloté de façon à optimiser la réponse latérale du véhicule à un coup de volant du conducteur, pour chaque vitesse du véhicule. Un exemple de dispositif de suspension d'une roue est décrit dans la demande de brevet FR 2 833 233 Al, déposée au nom de Michelin. Seule la solution mécanique est décrite, alors que la façon de piloter le système de carrossage n'est que mentionnée. Le but de l'invention est de proposer un pilotage du dispositif de carrossage actif des roues d'un véhicule, le carrossage d'une roue étant l'angle que fait le plan de la roue avec la verticale à la route, à partir d'un modèle du comportement dynamique du véhicule en réponse à des coups de volant et de moyens de calcul des réponses dynamique et statique du véhicule rebouclant sur le modèle, tous variables en fonction de la vitesse. Un premier objet de l'invention est un procédé de pilotage d'un dispositif de carrossage actif des roues avant ou arrière d'un véhicule, équipé notamment d'actionneurs des roues avant ou arrière pilotés par une unité centrale électronique, comprenant notamment une étape d'estimation de la vitesse longitudinale de déplacement du véhicule et de l'angle de braquage des roues directrices, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - modélisation du comportement dynamique du véhicule à partir de la vitesse estimée du véhicule et de l'angle de braquage des roues directrices d'une part et de la consigne antérieure d'angle de carrossage YV ou yR des roues avant ou arrière d'autre part, détermination de la réponse latérale transitoire du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse estimée du véhicule, à partir d'informations sur la vitesse de lacet, la dérive et l'angle de carrossage filtré ys/j. ou n i. des roues avant ou arrière, délivrées par la modélisation précédente, ladite réponse transitoire correspondant à la consigne dynamique yvi ou YR d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; détermination de la réponse latérale statique du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse estimée du véhicule et de l'angle de braquage des roues directrices, à partir de la réponse latérale transitoire déterminée à l'étape précédente, ladite réponse statique correspondant à la consigne statique yv, ou YR d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; calcul de la consigne d'angle de carrossage YV ou YR des roues avant ou arrière pour la commande des actionneurs des roues, par combinaison desdites deux consignes dynamique et statique d'angle de carrossage des roues, avant ou arrière respectivement, du véhicule. Selon une autre caractéristique du procédé de pilotage, la détermination de la réponse latérale transitoire du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse V estimée du véhicule, à partir d'informations sur la vitesse de lacets et la dérive (3c d'une part et sur l'angle de carrossage filtré yj,. ou ni. des roues avant ou arrière d'autre part, est effectuée par la technique de placement des pôles, déterminant le correcteur K à trois coefficients KI, K2 et K3 , variables en fonction de la vitesse véhicule et tels que ladite consigne y~ ou YRr dynamique d'angle de carrossage des roues s'exprime : - pour le carrossage actif des roues avant =K,(V)*,+K.(V)*/c +K3(V)*YvJ - pour le carrossage actif des roues arrière YR, YR,=Ki (V)*+K2(V)*fic+K3(V)*y,R Selon une autre caractéristique du procédé de pilotage, la détermination de la réponse latérale statique du véhicule à un coup de volant, en fonction de la vitesse estimée du véhicule et de l'angle de braquage aä des roues directrices, est réalisée par comparaison du gain statique obtenu sur le véhicule avec un carrossage actif sur les roues avant ou arrière défini selon ladite consigne transitoire, avec le gain statique susceptible d'être obtenu sur le véhicule dont les roues arrière sont fixées au centre sans carrossage possible, de façon à corriger la valeur stabilisée de la vitesse de lacet obtenue après la phase transitoire à la suite du coup de volant d'amplitude av donnée, par l'intermédiaire d'un paramètre de réglage T9s pouvant varier en fonction de la vitesse V du véhicule et tel que la consigne statique d'angle de carrossage yvs ou yRs s'exprime selon les équations suivantes : - pour le carrossage actif des roues avant yvs yvs = L(1ûTgs(V))• (i+K3(V))+Tgs(V)•(KI(V)•G+K2(V)•GQ2)+K2(VI•av -pour le carrossage actif des roues arrière yRs YRS = L(1ûTgs(V))•(i+K'3(V))+Tgs(V)•(K(V)•Gw+K'2(V)•Gfl) +K'2(V)] av avec : Gw = V L+ M'(L2D2-L,Di) L.+L2MV" V LD, et LD,D2 Un second objet de l'invention est un système de mise en oeuvre du procédé de pilotage d'un dispositif de carrossage actif des roues avant ou arrière d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant notamment des moyens d'estimation des conditions dynamiques de roulage du véhicule que sont sa vitesse longitudinale et l'angle de braquage des roues avant et une unité centrale électronique pilotant en particulier les actionneurs des roues avant ou arrière, caractérisé en ce qu'il comporte de plus : - un modèle du véhicule, destiné à délivrer, à partir de sa vitesse et de l'angle 30 de braquage des roues avant d'une part et d'une consigne antérieure d'angle de carrossage des roues avant ou arrière d'autre part, sa réponse en vitesse de lacet et en dérive, ainsi que l'angle de carrossage filtré des roues avant ou arrière ; - des moyens de calcul de la réponse latérale transitoire du véhicule aux coups de volant, à partir de la vitesse estimée du véhicule, de sa vitesse de lacet, de l'angle de dérive et de l'angle de carrossage filtré yrf ou yRf des roues avant ou arrière respectivement, ladite réponse transitoire correspondant à la consigne dynamiques y, ou yR d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; - des moyens de calcul de la réponse latérale statique du véhicule aux coups de volant à partir de la consigne transitoire, des coefficients du correcteur, de la vitesse du véhicule et de l'angle de braquage du volant ; - des moyens de combinaison de la consigne transitoire et de la consigne statique délivrant la consigne à délivrer aux actionneurs des roues d'une part et au modèle d'autre part via un circuit retardateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par la figure unique suivante qui est un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un dispositif de carrossage des roues d'un véhicule selon l'invention. Le système de pilotage d'un dispositif de carrossage actif des roues avant ou arrière, qui comprend notamment un actionneur des roues de l'essieu avant ou de l'essieu arrière, est intégré dans une unité centrale électronique 1 du véhicule et est destiné à fournir audit actionneur des consignes d'angle de carrossage y ou yR pour les roues. Pour cela, selon l'invention, il comporte des premiers moyens 2 d'estimation de deux conditions dynamiques de roulage du véhicule que sont la vitesse du véhicule V et l'angle de braquage des roues avant av . La vitesse du véhicule peut être obtenue, par exemple, à partir de la moyenne des vitesses de rotation des roues délivrées par les capteurs 20 du système ABS û Anti Blocking System- quand il équipe le véhicule, et l'angle av des roues avant peut être délivré par un capteur de position 21 du volant associé à des moyens de calcul cinématique donnant la relation entre l'angle volant et l'angle de la roue avant. Ces deux informations de vitesse véhicule V et d'angle a, de braquage des roues avant constituent les entrées d'un modèle 3 du comportement dynamique du véhicule, destiné à prédire le comportement intrinsèque du châssis, soit sa réponse en vitesse de lacet yin et en dérive Po , en fonction des valeurs d'une part de l'angle de braquage a, des roues avant et d'autre part de la consigne antérieure d'angle de carrossage yv ou yR des roues avant ou arrière. Cette consigne d'angle de carrossage yv ou yR des roues avant ou arrière constitue précisément la commande en sortie du système de pilotage, destinée à piloter l'actionneur des roues et filtrée par un filtre du premier ordre. Ce modèle 3 de véhicule soumis à des coups de volant, donc à des variations d'angle de dérive et de vitesse de lacet, peut être réalisé à partir d'un modèle appelé véhicule à deux roues directrices sans ballant , auquel peut être ajoutée une stratégie de modélisation du comportement dynamique de l'actionneur de carrossage, qui ne répond pas immédiatement aux consignes qu'il reçoit. Dans ce cas, le modèle du véhicule prédit de plus l'angle de carrossage, dit filtré, yvf ou yRf des roues avant ou arrière en fonction de la consigne d'angle de carrossage des roues avant ou arrière yv et yR demandée à l'actionneur et filtrée par un filtre du premier ordre de constante de temps r . A ce modèle du véhicule sont associées des équations d'état suivantes : - dans le cas du carrossage actif des roues avant DIL~ +D2L2 VI: _ -1+D2L2-D,L, MVz o D2L2- D,L, _ H,L1 I. IZ D,+D2 H, MV MV 0 "D, L, \ Iz D, yv+ MV 0 av / (1 0 0\1~/ y= 0 1 0 Q 0 0 1,vy~1/ - dans le cas du carrossage actif des roues arrière D,L; +D2L2 D2L2-D,L, H2L2 V1. I, 1 -1+ mi _D,+D2 H2 nmV` Mv Mv o o av r 't o o` te, y= 0 1 0 Q oot fR) y étant la sortie considérée du modèle, soit la vitesse de lacet, Rc l'angle de dérive au centre de gravité du véhicule entre le vecteur vitesse du véhicule et l'axe longitudinal du véhicule, et yyf ou yRf l'angle de carrossage filtré des roues avant ou arrière respectivement. Dans ces équations, M la masse totale du véhicule, V sa vitesse, IZ l'inertie du véhicule autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, L1 et L2 les distances du centre de gravité respectivement avec les essieux avant et arrière, dont la somme L1+L2 est égale à l'empattement L, D1 et D2 les rigidités de dérive avant et arrière respectivement, H1 et H2 les rigidités de carrossage avant et arrière respectivement, av l'angle de braquage des roues avant, y, et yR les angles de carrossage des roues avant et arrière respectivement. Ainsi, ce modèle de véhicule délivre en sortie trois signaux, yi, sa vitesse de lacet, Rc l'angle de dérive et yf ou yRf l'angle de carrossage filtré des roues avant ou arrière respectivement, qui sont envoyés en entrée de moyens 4 de calcul de la consigne transitoire yj, ou yR d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement, qui permet d'agir sur la réponse dynamique du véhicule aux coups de volant. Ces moyens 4 reçoivent de plus la vitesse du véhicule V estimée par les moyens 1. Ce calcul est par exemple effectué par la technique de placement des pôles, telle que décrite dans le document Robust Pole Assignment in Linear State Feedback , Int.J.Control, 41(1985),pp.1129-1155, de Kautsky,J and N.K. Nichols. On note : [al(V)+b1(V)*i a2(V)+b2(V)*i a3(V)+b3(V)*i] les trois pôles du système décrit ci-dessus, a(V) et b(V) correspondant respectivement aux parties réelles et imaginaires de chacun des pôles à la vitesse V et la technique consiste à chercher le correcteur K à trois coefficients K1, K2 et K3 qui sont fonction de la vitesse : 6 K = (K1(V) K2(V) K3(V)) qui remplacera les pôles du système bouclé par les trois pôles suivants : Tdyn 1(V).a,(v)+Tdyn12(v).b1(v).i 5 Tdyn21(v).a2(v)+Tdynz2(v).b2(v).i Tdyn31(v). a3(v)+Tdyn32(v) • b3(v) . i Tdyni1 et Tdyni2 avec i entier variant de 1 à 3, étant les paramètres de réglage de la réponse transitoire du véhicule, variables en fonction de la vitesse V du véhicule. 10 Le correcteur K(Vo) peut être calculé pour quelques valeurs particulières de la vitesse V, par exemple de 40km/h à 200km/h par pas de 20 km/h, et le correcteur K(V) est ensuite interpolé en fonction de la vitesse. Ainsi, les moyens 4 de calcul délivrent en sortie la consigne transitoire d'angle de carrossage qui s'écrit selon les équations 15 suivantes : - pour le carrossage actif des roues avant yit Yp K1(v)*yr,+K2(v)*J3,+K3(v)*y,f et pour le carrossage actif des roues arrière ri?, 7R, = K, (V)*+K2(V)*/j,+K3(V)*YRt 20 Il est à remarquer que, si les paramètres de réglage sont égaux à 1, la réponse dynamique du véhicule n'est pas modifiée, que si un paramètre est supérieur à 1 la vivacité de la réponse est augmentée et inversement, quand un paramètre est inférieur à 1, cette vivacité sera diminuée. L'exemple de réglage suivant : 25 Tdyni, = 0.8 et Tdyni2 = 0 permet de ralentir la réponse dynamique du véhicule et de supprimer les oscillations en vitesse de lacet et dérive du véhicule en réponse à un échelon d'angle volant, ce qui est particulièrement intéressant à vitesse élevée, supérieure ou égale à 90km/h par exemple, pour optimiser le passage d'un évitement. 30 Comme le montre la figure unique, les trois coefficients K,, K2 et K3 du correcteur K ainsi que la consigne dynamique yy, ou yR d'angle de carrossage, pour les roues avant ou arrière, sont envoyés en entrée de moyens de calcul 5 de la commande d'angle de carrossage qui permet d'agir sur la réponse statique du véhicule aux coups de volant. Ces moyens reçoivent également la vitesse V et l'angle volant av du véhicule et comparent le gain statique obtenu sur le véhicule avec un carrossage actif sur les roues avant ou arrière avec le gain statique susceptible d'être obtenu sur le véhicule dont les roues arrière sont fixées au centre sans carrossage possible. Cette comparaison permet de corriger la valeur stabilisée de la vitesse de lacet WÇa obtenue après la phase transitoire à la suite d'un coup de volant av d'amplitude donnée, par l'intermédiaire d'un paramètre de réglage Tgs pouvant varier en fonction de la vitesse V du véhicule : [ . ù sta Y sta = T R.s a v ùcarr.actif a v ùsanscarr. La consigne statique d'angle de carrossage yv, ou yRs s'exprime selon les équations suivantes : - pour le carrossage actif des roues avant (2'. ) Yvs = [(1ùTgs(V))'(1+K3(V +Tgs(V)'(K1(V). +K2(V).Gpz)+K2(V)j'av - pour le carrossage actif des roues arrière (yRs ) YRs=[~1ùTgs(V))'(1+K'3(V))+Tgs(V) (K'i(V).G. +K'2(V).G/3)+K'2(V1.a, avec de nouveaux coefficients K',, K'2, K'3. V avec: Gw L+M.(L2DzùL,DI) LD1D2 Gfl2 = L.L2MV ~V LD, et La réponse statique du véhicule à un coup de volant n'est pas modifiée si le paramètre de réglage Tgs est égal à 1, mais elle augmente s'il est supérieur à 1 et elle diminue s'il est inférieur à 1. Par exemple, si Tgs est égal à 1.2, pour une vitesse V égale à 90 km/h, la réponse du véhicule sera plus directe , c'est-à-dire que le virage pris sera plus serré correspondant une vitesse de lacet plus importante, et permettra d'optimiser le passage d'un évitement d'obstacle.30 Le système de pilotage comporte de plus un circuit 6 sommateur recevant en entrée pour le carrossage des roues avant ou arrière, d'une part la valeur de la consigne transitoire ou yR , et d'autre part la valeur de la consigne statique ys, ou 7,s, pour délivrer la consigne d'angle de carrossage 7 ou 7 qui sera envoyée à l'actionneur des roues avant, respectivement arrière. Cette consigne passe également par un circuit 7 retardateur, d'un pas de temps z , avant d'être prise en compte par les moyens 3 de calcul d'un modèle du véhicule, comme décrit auparavant. L'invention permet un réglage indépendant de la réponse dynamique et de la réponse statique du véhicule à un coup de volant, ainsi qu'un réglage de la vitesse et l'amortissement de la réponse dynamique en fonction de la vitesse du véhicule. Le réglage final qui est fonction de la vitesse du véhicule permet notamment d'optimiser l'efficacité et la facilité de passage d'un double changement de file et/ou la manoeuvrabilité à basse vitesse du véhicule. Le procédé de pilotage du dispositif de carrossage est réalisé en boucle ouverte, ce qui assure une stabilité de la loi de commande dans tous les cas de conduite du véhicule, mais il est transposable en boucle fermée, ce qui diminuerait le temps de mise au point lors des phases de développement. Le système mettant en oeuvre le procédé selon l'invention n'utilise pas de capteur de vitesse de lacet ou d'accélération latérale, ce qui réduit son coût et sa complexité.20 REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un dispositif de carrossage actif des roues avant ou arrière d'un véhicule, équipé notamment d'actionneurs des roues avant ou arrière pilotés par une unité centrale électronique, comprenant notamment une étape d'estimation de la vitesse longitudinale de déplacement du véhicule et de l'angle de braquage des roues directrices, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : modélisation du comportement dynamique du véhicule à partir de la vitesse (V) estimée du véhicule et de l'angle de braquage (aä) des roues directrices d'une part et de la consigne antérieure d'angle de carrossage (y ou yR ) des roues avant ou arrière d'autre part, détermination de la réponse latérale transitoire du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse (V) estimée du véhicule, à partir d'informations délivrées par la modélisation précédente sur la vitesse de lacet (yi ), la dérive (R) et l'angle de carrossage filtré (yvf ou yRf) des roues avant ou arrière d'autre part, ladite réponse transitoire correspondant à la consigne dynamique (y, ou yR,) d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; détermination de la réponse latérale statique du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse (V) estimée du véhicule et de l'angle de braquage (av) des roues directrices, à partir de la réponse latérale transitoire déterminée à l'étape précédente, ladite réponse statique correspondant à la consigne statique (y, ou yR) d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; calcul de la consigne d'angle de carrossage (y ou yR) des roues avant ou arrière pour la commande des actionneurs des roues, par combinaison desdites deux consignes dynamique et statique d'angle de carrossage des roues, avant ou arrière respectivement, du véhicule. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de la réponse latérale transitoire du véhicule à un coup de volant en fonction de la vitesse (V) estimée du véhicule, à partir d'informations sur la vitesse de lacet (r~) et la dérive ([3c) d'une part et sur la consigne antérieure d'angle decarrossage (y yf ou yRf) des roues avant ou arrière d'autre part, est effectuée par la technique de placement des pôles, déterminant le correcteur (K) à trois coefficients (KI, K2 et K3) , variables en fonction de la vitesse véhicule et tels que ladite consigne dynamique (y,, ou YR ) d'angle de carrossage des roues s'exprime : 5 - pour le carrossage actif des roues avant (y, ) Yvf=K,(V)*+K2(V)*f,+K3(V)*yvf - pour le carrossage actif des roues arrière (yR ) YR, = K,(V)*WC+K2(V)*/3C+K3(V)*YRf 10 3. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de la réponse latérale statique du véhicule à un coup de volant, en fonction de la vitesse (V) estimée du véhicule et de l'angle de braquage (av) des roues directrices, est réalisée par comparaison du gain statique obtenu sur le véhicule avec un carrossage actif sur les roues avant ou arrière défini selon ladite consigne 15 transitoire, avec le gain statique susceptible d'être obtenu sur le véhicule dont les roues arrière sont fixées au centre sans carrossage possible, de façon à corriger la valeur stabilisée de la vitesse de lacet obtenue après la phase transitoire à la suite du coup de volant d'amplitude (av) donnée, par l'intermédiaire d'un paramètre de réglage (Te) pouvant varier en fonction de la vitesse (V) du véhicule et tel que la consigne 20 statique d'angle de carrossage (yjs ou yRs) s'exprime selon les équations suivantes : -pour le carrossage actif des roues avant (y, ) Yvs=1(1ûTg,.(V))•(1+K3(v))+Tgs(V)'(K,(V).G+K2(V)'G/32)+ K2(V)j.av -pour le carrossage actif des roues arrière (y, ) YRS = L(1ùTgs (v . 0 + K'3 (v + T gs (y). (K' (Ti. Gw + K'2 (y). Ga,)+ K'2 (V)]. av 25 V avec : Gw = m• (L2 DZ û L, D,) L+ LD,D2 G3,= L+LMV V LD, ~ et 4 Système de mise en oeuvre du procédé de pilotage d'un dispositif de carrossage actif des roues avant et arrière d'un véhicule selon l'une des revendications 30 précédentes, ledit dispositif comprenant notamment des moyens d'estimation desconditions dynamiques de roulage du véhicule que sont sa vitesse longitudinale et l'angle de braquage des roues avant et une unité centrale électronique pilotant en particulier les actionneurs des roues avant ou arrière, caractérisé en ce qu'il comporte de plus : - un modèle (3) du véhicule, destiné à délivrer, à partir de sa vitesse (V) et de l'angle de braquage (av) des roues avant d'une part et d'une consigne antérieure d'angle de carrossage (yv ou yR) des roues avant ou arrière d'autre part, sa réponse en vitesse de lacet ) et en dérive (Rc), ainsi que l'angle de carrossage filtré (yvf ou rRf) des roues avant ou arrière ; - des moyens (4) de calcul de la réponse transitoire du véhicule aux coups de volant, à partir de la vitesse estimée (V) du véhicule, de sa vitesse ((fr,) de lacet, de l'angle de dérive (Rc) et de l'angle de carrossage filtré (yvf ou yRf) des roues avant ou arrière respectivement, ladite réponse transitoire correspondant à la consigne dynamique (y~ ou yR,) d'angle de carrossage des roues avant ou arrière respectivement ; - des moyens (5) de calcul de la réponse statique du véhicule à partir de la consigne transitoire, des coefficients du correcteur, de la vitesse (V) du véhicule et de l'angle de braquage du volant (av) ; - des moyens de combinaison des consignes transitoire et statique délivrant la consigne à délivrer aux actionneurs des roues d'une part et au modèle (3) d'autre part via un circuit retardateur. 5. Système de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit modèle (3) de véhicule soumis à des coups de volant, soit à des variations d'angle de dérive et de vitesse de lacet, est du type modèle à deux roues directrices sans ballant , auquel peut être ajoutée une stratégie de modélisation du comportement dynamique de l'actionneur.