Brevet FR2898852A1 — publié le 20070928

Dispositif de stabilisation de véhicule L'invention concerne un dispositif de stabilisation de véhicule. De nombreux véhicules modernes sont équipés d'un système de régulation électronique de l'ensemble du comportement dynamique d'un véhicule, plus généralement connus sous l'acronyme ESP pour " elektronisches Stabilitàtsprogramm " dans la littérature allemande. Ce système qui sera désigné dans la suite de la description par "ESP", permet d'appliquer de façon indépendante à chaque roue du véhicule un couple correcteur afin de contrôler la trajectoire du véhicule par rapport à une consigne. La plupart des ESP agissent en freinant au moins une roue du véhicule. Par exemple, en cas de sous virage, lorsque le véhicule ne tourne pas assez, autrement dit, lorsque le véhicule tourne sur un rayon plus grand que celui défini par l'angle de la roue directrice, l'ESP va agir en freinant la roue arrière intérieure au virage pour ramener le véhicule sur la trajectoire souhaitée. Par contre, en cas de survirage (le véhicule part en tête a queue), I'ESP va freiner la roue avant du coté extérieur du virage pour limiter l'embardée. Il est bien sûr possible d'appliquer un couple moteur sur au moins une roue pour obtenir l'effet recherché. Ainsi, dans toutes les situations, y compris les manoeuvres d'urgence, le programme aide le conducteur à maîtriser son véhicule. L'ESP établit sa correction à partir de deux paramètres : le lacet et la dérive du véhicule. La figure 1 permet de visualiser ces deux paramètres. Le lacet est un angle, noté yr , entre un axe longitudinal x d'un véhicule 1 et un repère fixe xo, yo. La dérive est un angle, noté p, que fait un vecteur vitesse V du véhicule 1 par rapport à l'axe longitudinal x. Autrement dit : tan/3 = Vy Vx (1) où Vx représente la projection du vecteur vitesse sur l'axe longitudinal x et où Vy représente la projection du vecteur vitesse sur un axe transversal y du véhicule 1 ; l'axe y étant perpendiculaire à l'axe x. L'intersection des axes x et y se situe au centre de gravité G du véhicule 1. Sur la figure 1, on a également représenté l'accélération y du véhicule 1 sous forme d'un vecteur. Dans la suite de la description, on note la dérivée d'un paramètre par rapport au temps en ajoutant un point au-dessus de la notation du paramètre. De façon connue, on mesure la vitesse de lacet, notée W et l'accélération transversale yt du centre de gravité du véhicule 1. L'accélération transversale yt est la projection de l'accélération y sur l'axe transversal y du véhicule 1. A partir de la vitesse longitudinale Vx, de la vitesse de lacet `' et 15 de l'accélération transversale yt on déduit la vitesse de dérive (3 : fi = w-yt/Vx (2) La vitesse longitudinale Vx est mesurée de façon classique sur le véhicule et on utilise un capteur particulier mesurant la vitesse de lacet W , 20 l'accélération transversale yt et l'accélération longitudinale du véhicule 1. Ce capteur peut appartenir à un calculateur de l'ESP ou encore former un composant autonome relié au calculateur de I'ESP. Ce capteur comporte par exemple plusieurs gyromètres réalisés dans un technologie de micro usinage d'un substrat de silicium. 25 Cette solution présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord son coût élevé dû à la présence d'un capteur complexe réservé à l'ESP. De plus, le capteur n'est pas redondant. En cas de défaut sur la mesure de l'un des paramètres, l'ensemble de l'ESP est inopérant L'invention vise à pallier les problèmes cités plus haut en proposant l'utilisation de capteurs non uniquement dédiés au programme électronique de stabilité. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de stabilisation de véhicule comportant un système de régulation électronique de l'ensemble du comportement dynamique d'un véhicule destiné à détecter des situations de sur ou sous virage du véhicule et à corriger ces situations en appliquant un couple correcteur sur au moins une roue du véhicule, caractérisé en ce qu'il 1 o comporte des moyens de détermination d'efforts verticaux subis par les roues du véhicule et en ce que le système comporte des moyens pour déterminer le couple correcteur en fonction d'informations reçues des moyens de détermination d'efforts verticaux. L'ESP utilise habituellement deux paramètres pour déterminer le 15 couple correcteur : une vitesse de lacet et une accélération transversale du véhicule. Ces deux paramètres sont déterminés à partir d'informations reçues des moyens de détermination d'efforts verticaux. L'ESP comporte un calculateur déterminant la vitesse de lacet et l'accélération transversale. Le calculateur compare ces paramètres à des valeurs de seuil prédéfinies. 20 Lorsque les valeurs déterminées dépassent les valeurs de seuil, I'ESP applique un couple correcteur sur au moins une roue du véhicule pour que les valeurs déterminées restent en dessous des valeurs de seuil. Avantageusement, les moyens de détermination d'efforts verticaux comportent des capteurs de mesure ou des moyens d'estimation de 25 déflexion de pneumatiques du véhicule. Pour chaque roue, l'effort vertical est, au premier ordre, sensiblement proportionnel à la déflexion du pneumatique équipant la roue considérée. On a par ailleurs établi une relation univoque entre les efforts verticaux déterminés et des efforts latéraux subis par les roues. En utilisant 30 le principe fondamental de la dynamique, les efforts latéraux permettent de déterminer la vitesse de lacet et l'accélération transversale du véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : - la figure 1, déjà décrite, représente en vue de dessus un 5 véhicule ; - la figure 2 représente le véhicule de la figure 1 soumis à un lacet 'P toujours en vue de dessus ; - la figure 3 représente le véhicule de la figure 1 en vue de face ; - la figure 4 représente un exemple de décomposition des efforts 10 subis par les roues d'un même essieu ; - la figure 5 représente un exemple de fonction reliant les efforts verticaux et latéraux exercés sur une roue donnée ; - la figure 6 représente une simulation de fonction reliant les efforts verticaux et latéraux exercés sur une roue donnée ; 15 - la figure 7 représente une simulation d'évolution d'efforts transversaux exercés sur les deux roues de l'essieu arrière d'un véhicule ; - la figure 8 représente une simulation d'évolution d'efforts verticaux exercés sur les deux roues de l'essieu arrière d'un véhicule ; - la figure 9 représente une simulation de l'accélération de lacet 20 d'un véhicule ; - la figure 10 représente une simulation de l'accélération transversale d'un véhicule ; et - la figure 11 représente un exemple de dispositif de stabilisation de véhicule sous la forme d'un schéma-blocs. 25 Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 2 représente un véhicule 1 soumis à un lacet 'P . Le véhicule 1 comprend une caisse 2 portée par quatre roues 11, 12, 13 et 14. 30 Les roues 11 et 12 forment les roues avant du véhicule 1 et sont solidaires d'un essieu avant 3. Les roues 13 et 14 forment les roues arrières du véhicule 1 et sont solidaires d'un essieu arrière 4. L'équation (3) qui permet de déterminer l'accélération de lacet notée w , nécessaire au fonctionnement d'un ESP, est issue du principe fondamental de la dynamique appliqué au centre de gravité G du véhicule 1. On suppose que le véhicule 1 ne subit pas de dérive. I,.Y1 -1,.Fya-12.Fyr (3) Dans cette équation, lb représente l'inertie totale du véhicule 1 calculée suivant un axe vertical passant par le centre de gravité G du io véhicule 1. Il représente la distance entre le centre de gravité G et l'essieu avant 3 du véhicule 1, 12 représente la distance entre le centre de gravité G et l'essieu arrière 4 du véhicule 1. Les distances Il et 12 sont mesurées selon un axe perpendiculaire aux essieux 3 et 4. Fya représente l'effort transversal résultant exercé par la route sur l'essieu avant 3 par l'intermédiaire des roues 15 11 et 12 et Fyr représente l'effort transversal résultant exercé par la route sur l'essieu arrière 4. On entend par effort transversal, la projection sur l'axe y de l'effort total exercé sur l'essieu considéré. Sur la figure 3 le véhicule 1, représenté en vue de face, est en phase de virage. Durant le virage le plan défini par les axes x et y de la 20 caisse 2 s'incline d'un angle e par rapport au sol 6 sur lequel le véhicule 1 se déplace. L'angle 6 est communément appelé angle de roulis du véhicule 1. Cet angle est défini par les équations suivantes : 9 - z14 - z13 (4) 2v z12 - zl l 9 - (5) 2v L'équation (4) est définie pour l'essieu arrière 4 et l'équation (5) pour l'essieu avant 3. Pour ne pas surcharger la figure 3, seules les roues 11 30 et 12 de l'essieu avant 3 ont été représentées. La même figure peut 25 aisément être transposée pour l'essieu arrière 4 en replaçant les repères numériques des roues. Le paramètre zi, i représentant le repère d'une des quatre roues, est la distance entre un plan de la caisse 2 et le sol 6 au niveau de la roue i. La distance v représente la demi voie du véhicule 1. Plus précisément, la distance zi peut se décomposer en deux distances, d'une part un débattement zerli entre la caisse et un axe de la roue i et d'autre part un rayon zri effectif sous charge d'un pneumatique équipant la roue. zi = zerli + zri (6) Le rayon zri effectif sous charge d'un pneumatique, quant à lui, peut s'exprimer comme une différence entre un rayon rli sous charge et d'une déflexion dti du pneumatique. Le rayon rli est fonction d'un rayon de roue non chargée et de la charge du véhicule. Le rayon rli peut par exemple se mesurer véhicule arrêté. Lorsque le véhicule 1 roule on considère que la déflexion dti varie et que le rayon rli reste fixe. La déflexion du pneumatique est par exemple mesurée au moyen de capteurs capacitifs comme ceux décrits notamment dans la demande de brevet WO 2005 ù 108123. La déflexion peut être également estimée. La figure 4 représente un exemple de décomposition de l'effort subi par les roues d'un même essieu, par exemple l'essieu arrière 4. Chaque roue i est soumise à un effort que l'on décompose en un effort vertical Fzi et en un effort latéral Fyi. On a observé que la déflexion dti est sensiblement proportionnelle à l'effort vertical Fzi exercé par la route sur la roue considérée. Le coefficient de proportionnalité est noté Kp et peut, par exemple, être déterminé empiriquement, estimé ou obtenu de façon théorique. D'où l'équation suivante : Fzi = Kp . dti = Kp . (rli ù zri) (7) Dans cette équation, Fzi représente plus précisément la part variable de l'effort vertical. On a soustrait d'un effort vertical total subi par la roue, la part due au poids du véhicule. Par ailleurs, on a constaté qu'il est possible de trouver une relation univoque entre l'effort vertical Fzi et l'effort latéral Fyi pour chaque roue. Un exemple de courbe observée est représenté sur la figure 5. Dans cette courbe, comme pour l'effort vertical, on ne tient compte que de la part variable de l'effort latéral. En conséquence, lorsque Fzi = 0 on a Fyi = O. On peut exprimer le rapport Fyi/ Fzi sous forme d'un coefficient Cy fonction ~o essentiellement d'un angle R de dérive, d'un taux Z de glissement de la roue par rapport au sol, d'un angle A de carrossage donné par la géométrie du montage de la roue sur son essieu, de l'adhérence p de la roue par rapport au sol. Dans le premier quadrant de la courbe représentée figure 5, il est possible de considérer le coefficient Cy constant. Un exemple de simulation 15 est donné figure 6. Sur cette figure, les valeurs des efforts sont exprimées en Newtons. La valeur absolue de Cy est environ égale à 1,15. Il est également possible de modéliser le rapport entre Fyi et Fzi sous la forme d'une équation du second degré dans le cas d'un angle de dérive 13 et d'un taux de glissement Z négligeables pour un faible angle A de carrossage. L'équation 20 du second degré peut s `écrire sous la forme : Fyi = ao + a, .Fzi + a2 Fzi 2 (8) Dans l'équation (8), les coefficients a; sont essentiellement 25 fonction des caractéristiques du pneumatique équipant la roue considérée. Dans la réalité, les efforts Fyi et Fzi varient également en fonction du comportement longitudinal du véhicule, accélération ou freinage. En pratique, on a constaté qu'au premier ordre, les parts des efforts, aussi bien verticaux que latéraux, induites par le comportement longitudinal du véhicule, 30 se neutralisent. Plus précisément, lors d'une accélération ou d'un freinage en ligne droite sur sol plat et homogène, on a par exemple pour l'essieu arrière : Fy13 = - Fy14 et Fz13 = Fz14. Ces observations ont été vérifiées à l'aide d'une simulation du comportement d'un véhicule soumis dans un premier temps, à une accélération en ligne droite, puis à un virage à gauche sur 360 à la vitesse de 20 Km/h et enfin à une décélération en ligne droite. La figure 7 représente, pour cette simulation, l'évolution des efforts Fy13 et Fy14, exprimés en Newtons, en fonction du temps exprimé en secondes. De même, la figure 8 représente, pour cette simulation, l'évolution des efforts Fz13 et Fz14 en fonction du temps. En conséquence, on peut déterminer l'effort latéral Fyi en fonction de la déflexion du pneumatique de la roue considérée. L'effort latéral peut 10 alors s'écrire sous la forme : Fyi = Cy . Fzi = Kp . Cy . (rii - zri) (9) Comme cela est visible sur la figure 4, on a constaté lors d'un 15 virage à gauche du véhicule 1, que les efforts verticaux Fz14 et latéral Fy14 sur la roue droite 14 sont positifs alors que pour la roue gauche 13, on a l'effort latéral Fy13 positif et l'effort vertical Fz13 négatif. De façon générale, le coefficient Cy 14 de la roue arrière droite est égal à l'opposé du coefficient Cy13 de la roue arrière gauche. On peut donc écrire en introduisant un 20 coefficient Cyr pour l'essieu arrière : Fz13-Fz14= Fy13+Fy14 (10) Cyr La même relation peut être écrite pour les roues avant 11 et 12 en 25 définissant les efforts latéraux comme perpendiculaires au plan de la roue et donc fonction de l'angle de rotation d'un volant de direction du véhicule 1. Comme précédemment, on introduit un coefficient Cya pour l'essieu avant. Fzll-Fz12= Fyl1+Fy12 Cya 30 On peut donc définir la somme des efforts latéraux exercés sur chacun des essieux : Fy13 + Fy14 = Cy.(Fz13 - Fz14) _ -Cyr.Kpr.(zr13 - zr14) (12) Fyl 1 + Fy12 = Cy.(Fzl 1- Fz12) _ -Cya.Kpa.(zrl 1 - zr12) (13) Dans les deux équations (12) et (13) on a différencié les coefficients Kp pour les roues de l'essieu avant, Kpa, et pour les roues de 10 l'essieu arrière, Kpr. En première approche, on considère que les coefficients Kp des quatre roues sont identiques et que le coefficient Cya est égal à Cyr. En combinant les équations (12) et (13) avec l'équation (3) on obtient : •• 11.(zrl 1 - zrl 2) - l2.(zrl 3 - zrl 4) (14) -Cy.Kp. 15 La simulation de comportement d'un véhicule précédemment décrite permet d'estimer une évaluation de l'accélération de lacet 11' , évolution représentée sur la figure 9. La vitesse de lacet W est ensuite déterminée en intégrant 00 20 l'accélération de lacet W . Le principe fondamental de la dynamique appliqué autour d'un axe vertical du véhicule donne également : Fyl 1 + Fy12 + Fy13 + Fy14 = Mt.yt (15) où Mt représente la masse totale du véhicule 1. On en déduit que : yt -C'y.Kp. (zr12 - zrl 1) + (zrl4 -zrl3) (16) Mt 25 30 La simulation de comportement d'un véhicule précédemment décrite permet d'estimer une évaluation de l'accélération transversale yt , évolution représentée sur la figure 10. La figure 11 représente un exemple de dispositif de stabilisation de véhicule, selon l'invention, sous forme d'un schéma bloc. Le dispositif comporte un ESP recevant les données zri des capteurs 21 à 24 de déflexion des pneumatiques équipant les roues 11 à 14 du véhicule 1. L'ESP comprend plusieurs unités de calcul 25 à 28. L'unité 25 permet de mettre en oeuvre l'équation (14) et ainsi de déterminer l'accélération de lacet Y puis la io vitesse de lacet Wdu véhicule 1. L'unité 26 permet de rnettre en oeuvre l'équation (16) et ainsi de déterminer l'accélération transversale yt du véhicule 1. L'unité 27 établit une comparaison de la vitesse de lacet Y et de l'accélération transversale yt par rapport à des valeurs de seuils prédéfinies. Lorsque les vitesses de lacet W et d'accélération transversale 15 yt déterminées dépassent les valeurs de seuil, l'unité 28 applique un couple correcteur sur au moins une roue 11 à 14 du véhicule 1 pour que les valeurs déterminées restent en dessous des valeurs de seuil. 20 REVENDICATIONS 1. Dispositif de stabilisation de véhicule comportant un système de régulation électronique de l'ensemble du comportement dynamique d'un véhicule (ESP) destiné à détecter des situations de sur ou sous virage du véhicule (1) et à corriger ces situations en appliquant un couple correcteur sur au moins une roue (11, 12, 13, 14) du véhicule (1), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination d'efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14) subis par les roues (11, 12, 13, 14) du véhicule (1) et en ce que le système comporte des moyens (28) pour déterminer le couple correcteur en fonction d'informations reçues des moyens de détermination d'efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le couple correcteur déterminent une vitesse de lacet If du véhicule (1) à partir d'informations reçues des moyens de détermination d'efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le couple correcteur déterminent une accélération transversale (yt) du véhicule (1) à partir d'informations reçues des moyens de détermination d'efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination d'efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14) comportent des capteurs de mesure de déflexion (dti) de pneumatiques du véhicule. 5. Dispositif selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le couple correcteur déterminent une vitesse de 30 lacet W du véhicule (1) en mettant en oeuvre une équation de la forme : -Cy.Kp. I, ll .(zrl 1 - zr12) - l2.(zr13 - zr14)équation dans laquelle : Cy et Kp sont des coefficients, Il représente la distance entre un centre de gravité (G) du véhicule (1) et un essieu avant (3) du véhicule (1), 12 représente la distance entre le centre de gravité (G) et un essieu arrière (4) du véhicule (1), lb représente l'inertie totale du véhicule 1 calculée suivant un axe vertical passant par le centre de gravité (G) et Zri représente un rayon effectif sous charge de pneumatiques équipant chaque roue i du véhicule (1). 6. Dispositif selon les revendications 3 et 4, les moyens pour déterminer le couple correcteur déterminent une accélération transversale yt du véhicule (1) en mettant en oeuvre une équation de la forme : yt -Cy.Kp. (zr12 - zrl l)+ (zr14 - zrl 3) équation dans laquelle : Cy et Cp sont des coefficients, Mt représente la masse totale du véhicule (1) et Zri représente un rayon effectif sous charge de pneumatiques équipant chaque roue i du véhicule (1). 20 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que pour chaque roue (i), l'effort vertical (Fzi) est sensiblement proportionnel (Kp) à la déflexion du pneumatique (dti) équipant 25 la roue (i) considérée. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le couple correcteur déterminent des efforts latéraux (Fyl 1, Fy12, Fy13, Fy14) subis par les roues 30 (11, 12, 13, 14) en fonction des efforts verticaux (Fz11, Fz12, Fz13, Fz14). Mt 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour un même essieu (3, 4), le rapport (Cy) entre l'effort latéral (Fy11, Fy13) et l'effort vertical (Fz11, Fz13) d'une roue (11, 13) est égal à l'opposé du rapport l'effort latéral (Fy12, Fy14) et l'effort vertical (Fz12, Fz14) de l'autre roue (12, 14) de l'essieu considéré.