Brevet FR2904271A1 — publié le 20080201

Procédé et dispositif de contrôle du glissement d'une roue pour véhicule automobile. L'invention concerne un procédé de contrôle du glissement d'une roue pour véhicule automobile, en particulier du glissement, sur route à adhérence symétrique, des roues d'un essieu moteur avant ou arrière. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Le contrôle du glissement d'une roue motrice est utilisé dans la régulation anti- patinage à l'entraînement, qui consiste à diminuer le couple moteur appliqué par le moteur du véhicule aux roues en cas de glissement d'au moins une roue motrice au-delà d'un premier seuil de glissement, puis à augmenter de nouveau ledit couple moteur lorsque le glissement passe sous un seuil inférieur au premier. Cette adaptation du couple moteur est automatique lors des démarrages ou des accélérations du véhicule sur une route à faible adhérence, au contact de laquelle les roues motrices patinent rapidement. Une solution actuelle est décrite dans le brevet américain US 6 161 907 au nom de KELSEY-HAYES. Elle consiste en une régulation de type Proportionnel Intégrale sur la vitesse de la roue qui glisse, qui ne permet pas d'assurer des performances identiques pour un glissement fort et pour un glissement faible. Pour pallier ce problème, il faudrait modifier le réglage du régulateur en ligne en fonction des conditions du glissement, mais la solution est plus difficile à régler et/ou moins robuste du fait du choix de la commande. Le but de l'invention est de proposer un procédé de contrôle du glissement des roues motrices qui s'adapte aux différentes conditions d'adhérence des roues par deux modes de régulation différents, qui sont actionnés non pas simultanément mais successivement. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de contrôle du glissement d'une roue motrice pour véhicule automobile par régulation du couple moteur, délivré aux roues par l'actionneur du véhicule, dans le cas où elles dépassent un seuil prédéfini de glissement, caractérisé en ce que, lors de la détection d'une situation de roulage à une vitesse supérieure à un seuil défini et sur une route à adhérence faible, les roues motrices patinent, il applique deux modes de régulation du couple moteur différents selon le niveau de glissement, soit si le glissement est 2904271 2 supérieur à un premier seuil déterminé, un mode de régulation par asservissement, en boucle fermée, de la vitesse de rotation des roues à une consigne qui est fonction d'une consigne de glissement, et si le glissement est inférieur à un deuxième seuil déterminé, lui-même inférieur à la consigne de glissement, un mode de régulation du 5 couple moteur en boucle ouverte. Selon une caractéristique du procédé de contrôle, il propose une régulation du couple moteur, en boucle fermée, par asservissement de la vitesse 8 de rotation des roues, du type proportionnel intégral avec avance de phase, exprimé en continu par 10 l'équation suivante : K(P)=Kp*T'+p * 1+P P 1+r2P avec r, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de 15 commande. Selon une autre caractéristique du procédé de contrôle, le mode de régulation du couple moteur, en boucle fermée, par asservissement de la vitesse de rotation des roues comprend une première commande Teä issue d'un premier filtre, recevant en 20 entrée la différence entre la vitesse de rotation B mesurée et la consigne de vitesse , et de gain K1(p) tel que : K, (P)= 4r2Kp (T,. + p)(1 + r, p) ,1 + 2r2p)2 25 avec r, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de commande, à laquelle s'ajoute une deuxième commande Te12 établie à partir d'un second filtre s'appliquant au couple moteur réel Te, délivré par l'actionneur M du véhicule et de gain K2(p) tel que : 30 K' (P) = 1 (1+2r2pX1+2z2p) La somme de ces deux commandes passant dans un saturateur avant de constituer la consigne de couple Tel-cons pour l'actionneur. 2904271 3 Selon une autre caractéristique du procédé de contrôle, le mode de régulation du couple moteur, en boucle ouverte, consiste à ajouter au couple moteur Te, réel, délivré par le moteur du véhicule, une rampe de pente Kr à chaque instant n 5 d'échantillonnage, telle que : T er,n = T d,_1 + Kr * T T étant la période d'échantillonnage, et le résultat Te,, , étant passé dans un saturateur 10 avant de commander le moteur. Selon une autre caractéristique du procédé de contrôle, la combinaison desdits deux modes de régulation du couple moteur Te, est une commutation commandée par une fonction logique d'activation en fonction du niveau de glissement Sx de la roue 15 motrice par rapport à la consigne S2 de glissement, pour une vitesse du véhicule supérieure à un seuil donné, et en ce que ces deux modes sont arrêtés quand le glissement Sx de la roue diminue sous le seuil S3 de déclenchement du mode en boucle ouverte et que la valeur absolue de la différence entre le couple moteur et la consigne du conducteur est inférieure à un talon de couple minimal. 20 Selon une autre caractéristique du procédé de contrôle, la consigne de vitesse de rotation Bd est établie en fonction d'une consigne de glissement S2, selon la vitesse de référence Vfef du véhicule : 25 Bd =(1+S2)Vrej r Selon une caractéristique du procédé de contrôle, la consigne de glissement est fonction de plusieurs critères dynamiques du véhicule, tels que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur, l'angle du volant, la vitesse de référence du véhicule, le signe 30 de la dérivée du glissement. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle du glissement d'une roue motrice pour véhicule automobile, comprenant des moyens d'estimation de la vitesse du véhicule, des moyens d'estimation du couple 35 moteur et des capteurs de vitesse des roues, caractérisé en ce qu'il comprend de plus : 2904271 4 - un régulateur en boucle fermée, de type proportionnel intégral avec avance de phase, de gain K(p) : K(P)= Kp * T' + P * + rd' P 1+r2P avec r1 et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de 5 commande, associé à un saturateur, pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, - un régulateur en boucle ouverte, ajoutant au couple moteur Tel réel délivré par le moteur une rampe de pente Kr à chaque instant n d'échantillonnage, de période 10 d'échantillonnage T : Tep,ä = Ter,n-i + Kr * T associé à un saturateur pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, 15 - des moyens de commutation entre les deux régulateurs sur signal d'état de la part d'un module logique d'activation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont : 20 la figure 1 : les variations de l'effort longitudinal transmis par la route au pneumatique de la roue, en fonction du glissement longitudinal, la figure 2 : un schéma de principe du procédé de l'invention, la figure 3 : un schéma fonctionnel de la boucle fermée de régulation 25 du couple moteur, la figure 4 : un schéma fonctionnel de la boucle ouverte de régulation du couple moteur, la figure 5 : un organigramme des différentes étapes du procédé selon l'invention. 30 Le procédé de contrôle du glissement des roues d'un véhicule selon l'invention, dans le cadre d'une régulation anti-patinage ASR, intervient dans les situations de départ au glissement, l'effort extérieur appliqué aux roues étant moteur ou freineur, alors que la vitesse du véhicule est supérieure à un seuil de l'ordre de quelques km/h, 35 c'est-à-dire alors que le véhicule est en situation de roulage et non plus de démarrage. 2904271 5 Le procédé selon l'invention est appliqué de plus dans les phases de glissement sur route à adhérence symétrique, c'est-à-dire que les deux roues de l'essieu moteur du véhicule, qu'il soit avant ou arrière, glissent simultanément. 5 Comme le montre la figure 1, sur laquelle est dessinée une représentation linéaire PL approximative du pneu, pour un glissement faible de la roue inférieur à un seuil S2 égal à 10 % de la vitesse longitudinale V du véhicule : SX = r * 0r û V V avec 9d la vitesse de rotation des roues, de rayon r, l'effort longitudinal Fr transmis par la route croît très rapidement, puis il décroît lorsque la valeur Sx du glissement est 10 supérieure à S2. Ce seuil de consigne S2 peut être variable en fonction de plusieurs critères dynamiques du véhicule, notamment : l'enfoncement de la pédale d'accélérateur, l'angle du volant, 15 la vitesse de référence du véhicule, le signe de la dérivée du glissement ... La figure 2 est un schéma de principe du procédé selon l'invention, appliquant deux modes de régulation différents du couple moteur Tel en fonction du niveau de 20 glissement Sx des roues motrices, la commutation entre ces deux modes de régulation étant réalisée par des moyens C sur signal d'état de la part d'un module logique L d'activation. Un premier mode de régulation, en boucle fermée, par asservissement de la 25 vitesse de rotation ér des roues à une consigne Br', est appliqué lorsque le glissement Sx est supérieur à un premier seuil S, relativement important, la consigne Bd étant déterminée par rapport à la consigne de glissement. Cette boucle fermée BF délivre une consigne de couple Telcons au moteur M, thermique ou électrique, du véhicule qui va appliquer un couple moteur Tel réel aux roues motrices du véhicule A. Mais le 30 véhicule est couplé à l'environnement, en particulier à la route, qui apporte une perturbation A se traduisant par le glissement des pneus. La vitesse de glissement relatif est définie par la relation (E,) suivante : (El) A=rOr ùV 2904271 6 r étant le rayon d'une roue, V la vitesse longitudinale du véhicule et 9, la vitesse de rotation de la roue. C'est donc un couple moteur perturbé qui est appliqué aux roues motrices du véhicule A, dont on mesure ou on estime la vitesse de rotation Br . 5 Le couple moteur Te, délivré par le moteur M et la vitesse de rotation à,. des roues sont envoyés à l'entrée de la boucle fermée ainsi que la vitesse de référence Vref du véhicule pour le calcul de la consigne de vitesse de rotation Bd des roues. Cette boucle est destinée à réguler la vitesse â, de rotation des roues sur la consigne 9d correspondant à la vitesse désirée par le conducteur Vfef. Cette consigne de vitesse de 10 rotation 9d est établie en fonction d'une consigne de glissement S2 selon la relation (E2) suivante : (E2) En appliquant les équations de la dynamique au modèle simplifié du véhicule 15 avec un essieu moteur arrière, dans lesquelles Jeq est l'inertie équivalente du moteur associé à l'essieu arrière et à ses roues, m la masse du véhicule, N le rapport de réduction global, Fr les efforts extérieurs appliqués aux roues et dépendant du glissement SX de roue comme l'a montré la figure 1, et qui sont les suivantes (E3) : 20 (E3) mV =Fr ùCs *V2 Je4 *ë,=ùrF +N*T, on obtient un modèle simplifié de la dynamique de la roue caractérisé par l'équation suivante (E4) : 25 (E4) Je9 *B, =N*T, ù(rmV+rCxVZ) La contribution de la force aérodynamique ùCxV 2 étant négligeable dans le calcul de la dynamique de glissement de la roue à l'interface pneu/sol, qui est représentée par une perburbation A égale à la différence entre la vitesse linéaire des 30 roues et la vitesse du véhicule selon l'équation (E,) précédente, le modèle de comportement de la roue est caractérisé par l'équation (E5) suivante : (E5) (Jeq +r2m r =NT,/ +0 Lorsque le glissement de la roue est faible, inférieur à 10 %, la perturbation 0 35 est facilement rejetable. Le système total correspond à une inertie, ramenée à la roue, équivalente à la masse totale du véhicule. V 6d = 01+S2) • ~ r 35 K, (p) = (1+2r2p)z 4r2Kp(T.+pXl+r,p) 2904271 7 Par contre, lorsque le glissement de la roue est important, le système change de caractéristique dynamique et peut rentrer dans un domaine instable jusqu'au blocage. Dans le cas d'une perte complète de l'adhérence du pneu sur le sol, les 5 efforts de contact Fr sont nuls et l'équation de la dynamique devient : Jeq *0 =N*TQ! +0 r Le procédé selon l'invention prend en compte le fait que le véhicule est un 10 système très peu dynamique en cas de faibles glissements mais est très dynamique en cas de glissements importants pour lesquels il propose une régulation du couple moteur, en boucle fermée, par asservissement de la vitesse de rotation des roues. Pour obtenir une régulation performante avec une bonne marge de stabilité, le régulateur selon l'invention est du type proportionnel intégral avec avance de phase, 15 exprimé en continu par l'équation suivante (E7) : (E7) K(p)=Kp*T'+p*1+z,p P 1+r2P avec r, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de 20 commande. II est écrit sous la forme de deux filtres K, et K2 afin d'améliorer les commutations entre le mode de régulation en boucle fermée et celui en boucle ouverte. La phase transitoire est plus confortable et la commande n'est plus saturée. Pour cela, 25 selon le schéma de la figure 3, la régulation du couple moteur Te,, par asservissement de la valeur mesurée ou estimée de la vitesse de rotation 9, de la roue motrice à une consigne Bd de vitesse déterminée par cartographie à partir d'une consigne de glissement S2, comprend une première commande Teä issue d'un premier filtre K,, de gain K1(p), recevant en entrée la différence entre la vitesse de rotation 9, et la 30 consigne de vitesse Bd , à laquelle s'ajoute une deuxième commande Te12 établie en fonction de l'actionneur. Le gain K1(p), de la forme : (E6) 2904271 8 La deuxième commande Te12 est obtenue à partir d'un second filtre K2 s'appliquant au couple moteur réel Te, délivré par le moteur du véhicule, de gain K2(p) de la forme : K2(P)= 1 (1+21-219)(1+21-2P) Les deux commandes s'ajoutent puis passent dans un saturateur Sat,, pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, avant de 10 constituer la commande Te,-cons envoyée à l'actionneur M du véhicule : (E8) Ter-cons = K2 (P)Te, + K1(P)(9d ù âr) Le couple moteur Te, réellement délivré par le moteur du véhicule est différent 15 de la consigne Te,-cons qui lui est appliquée, en raison de la dynamique de cet actionneur de traction. Ce dernier peut être représenté par un filtre du premier ordre, de constante de temps Tac, , selon l'équation (E9) : T = T elùcons et 1+Tad P L'influence de cette constante de temps Tact sur la régulation anti-patinage ASR sera prise en compte. La description de l'environnement et de la dynamique du véhicule doit 25 représenter également les perturbations extérieures L mal connues qui agissent sur la dynamique de la roue. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé applique une régulation du couple moteur en boucle ouverte quand le glissement S, de la roue 30 motrice diminue à partir d'une valeur supérieure au premier seuil S, vers une valeur inférieure à un deuxième seuil S3, lui-même inférieur à la consigne de glissement S2. Comme le montre le schéma fonctionnel de cette boucle ouverte, elle consiste à ajouter au couple moteur Te, réel délivré par le moteur une rampe de pente Kr à chaque instant n d'échantillonnage, selon la relation suivante (Eä), dans laquelle T est la 35 période d'échantillonnage : 5 (E9) 20 2904271 (E,1) Tel,n = Te,,n-i + Kr * T La commande résultante est passée dans un saturateur Sat2 pour que le couple 5 moteur ne soit jamais supérieur à la demande du conducteur. Puis la consigne saturée Tep-cons obtenue commande le fonctionnement du moteur, qui délivre un couple réel auquel est ajoutée une perturbation A représentant le couplage du véhicule avec le sol. La roue qui glissait faiblement est relancée par une action du moteur, en boucle ouverte. 10 Ces deux modes de régulation sont combinés pour s'adapter aux différentes conditions d'adhérence des roues motrices. Le mode en boucle fermée permet de diminuer le couple moteur appliqué aux roues lorsque le glissement est important, supérieur à un seuil prédéfini et le mode en boucle ouverte augmente à nouveau le 15 couple moteur pour relancer les roues dont le glissement est redevenu faible. Ces deux modes ne réalisent pas de régulation du glissement de façon simultanée, mais successivement en fonction des conditions de glissement pour une meilleure prestation. Cette combinaison des deux modes de régulation est une commutation C,commandée par une fonction logique d'activation, prenant en compte le niveau de 20 glissement des roues motrices pour une vitesse de déplacement du véhicule qui soit suffisante, soit supérieure à un seuil de quelques km/h. La figure 5 est un organigramme des différentes commutations entre les deux modes de régulation, en fonction du niveau de glissement. En plus des conditions 25 décrites précédemment, les deux modes de régulation en boucle fermée et en boucle ouverte, sont arrêtés à deux conditions : quand le glissement Sx repasse sous le seuil S3 de début de boucle ouverte et que la valeur absolue de la différence entre le couple moteur Tel et la consigne du conducteur Toond est inférieure à un talon e de couple minimal. 30 Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle du glissement d'une roue motrice pour véhicule automobile, comprenant des moyens d'estimation de la vitesse du véhicule, des moyens d'estimation du couple moteur et des capteurs de vitesse des roues, caractérisé en ce qu'il comprend de 35 plus : - un régulateur en boucle fermée BF, de type proportionnel intégral avec avance de phase, de gain K(p) : 9 2904271 10 K(PÎ =Kp*T'+P * 1+rl P P 1+r2P avec r, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de commande, associé à un saturateur, pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande 5 du conducteur, - un régulateur en boucle ouverte Bo, ajoutant au couple moteur Te, réel délivré par le moteur une rampe de pente Kr à chaque instant n d'échantillonnage, de période d'échantillonnage T : 10 Tei,n = + K. * T associé à un saturateur pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, - des moyens de commutation C entre les deux régulateurs sur signal d'état de la part d'un module logique L d'activation. 15 Le procédé de régulation selon l'invention met en oeuvre deux modes de régulation différents en fonction du glissement des roues motrices afin de limiter au maximum la mise au point de la commande, de sorte que les performances obtenues sont meilleures que celles des procédés antérieurs pour un réglage simplifié. De plus, 20 la régulation Proportionnelle Intégrale avec avance de phase permet de réaliser un meilleur compromis entre les performances, la stabilité et la robustesse que les régulateurs actuels, de type Proportionnel ou Proportionnel Intégral. Enfin, ce procédé est particulièrement bien adapté aux stratégies d'anti- 25 patinage mises en oeuvre sur des véhicules automobiles à traction, à propulsion, à quatre roues motrices ou hybrides dotés d'actionneurs électriques. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du glissement d'une roue motrice pour véhicule automobile par régulation du couple moteur délivré aux roues par l'actionneur du véhicule dans le cas où le glissement dépasse un seuil prédéfini, caractérisé en ce que, lors de la détection d'une situation de roulage à une vitesse (Vfef) supérieure à un seuil défini et sur une route à adhérence faible, les roues motrices patinent, il applique séparément deux modes de régulation du couple moteur, différents selon le niveau de glissement, soit dans le cas d'un glissement (Su) supérieur à un premier seuil (S,) déterminé, un mode de régulation en boucle fermée par asservissement de la vitesse de rotation des roues (9,) à une consigne de vitesse (9d) déterminée à partir d'une consigne de glissement (S2), et, dans le cas d'un glissement inférieur à un deuxième seuil (S3), de valeur déterminée inférieure à la consigne de glissement (S2), un mode de régulation en boucle ouverte. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il propose une régulation du couple moteur, en boucle fermée, par asservissement de la vitesse (6,) de rotation des roues, du type proportionnel intégral avec avance de phase, exprimé en continu par l'équation suivante : K(P)=Kp*T1+p * 1+z,P P 1+r2P avec z, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de commande. 25 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mode de régulation du couple moteur, en boucle fermée, par asservissement de la vitesse de rotation (9,) des roues comprend une première commande (Teä) issue d'un premier filtre (K,), recevant en entrée la différence entre la vitesse de rotation (9,) mesurée et 30 la consigne de vitesse (Bd) et de gain K1(p) tel que : K1(p)= 41-2Kp(Ti + p)(1+zip) (1 + 2r2p)2 2904271 12 avec z, et r2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de commande, à laquelle s'ajoute une deuxième commande (Te12) établie à partir d'un second filtre 5 (K2), s'appliquant au couple moteur réel (Tel) délivré par l'actionneur (M) du véhicule et de gain K2(p) tel que : K2(P)= 1 01+2r2PX1+2t2P) 10 la somme de ces deux commandes passant dans un saturateur (Sat,) avant de constituer la consigne de couple (Tel cons) pour l'actionneur (M). 4. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode de régulation du couple moteur, en boucle ouverte, consiste à ajouter au couple 15 moteur (Te1) réel, délivré par le moteur (M) du véhicule, une rampe de pente (Kr) à chaque instant n d'échantillonnage, telle que : Tei,n = Ter,n + K. * T 20 T étant la période d'échantillonnage, et le résultat (Tel, n) étant passé dans un saturateur avant de commander le moteur. 5. Procédé de contrôle selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la combinaison desdits deux modes de régulation du couple moteur (Te1) est une commutation commandée par une fonction logique d'activation en fonction du niveau de glissement (Sx) de la roue motrice par rapport à la consigne (S2) de glissement, pour une vitesse du véhicule supérieure à un seuil donné, et en ce que ces deux modes sont arrêtés quand le glissement (Sx) de la roue diminue sous le seuil (S3) de déclenchement du mode en boucle ouverte et que la valeur absolue de la différence entre le couple moteur et la consigne du conducteur est inférieure à un talon (e) de couple minimal. 6. Procédé de contrôle selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la consigne de vitesse de rotation (6d) est établie en fonction d'une consigne de 35 glissement (S2), selon la vitesse de référence (Vref) du véhicule : 2904271 ed =(1+S )Vref r 2 r 7. Procédé de contrôle selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la consigne de glissement (S2) est fonction de plusieurs critères dynamiques du véhicule, 5 tels que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur, l'angle du volant, la vitesse de référence du véhicule, le signe de la dérivée du glissement. 8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle du glissement d'une roue motrice pour véhicule automobile selon les revendications 1 à 7, comprenant des 10 moyens d'estimation de la vitesse du véhicule, des moyens d'estimation du couple moteur et des capteurs de vitesse des roues, caractérisé en ce qu'il comprend de plus : - un régulateur en boucle fermée (BF), de type proportionnel intégral avec avance de phase, de gain K(p) : 15 K(P)=Kp*T,+P*1+rlP P 1+r2P avec r, et z-2 des constantes d'avance de phase, et Kp et Ti des paramètres de commande, associé à un saturateur (Sat,), pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, 20 - un régulateur en boucle ouverte (Bo), ajoutant au couple moteur (Te,) réel délivré par le moteur une rampe de pente (Kr) à chaque instant n d'échantillonnage, de période d'échantillonnage T : T el,n = Tel,nùi + Kr *T 25 associé à un saturateur (Sat2) pour que le couple moteur soit toujours inférieur à la demande du conducteur, - des moyens (C) de commutation entre les deux régulateurs sur signal d'état de la part d'un module (L) logique d'activation. 30 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le régulateur en boucle fermée comprend un premier filtre (K,), de gain K1(p), recevant en entrée la différence entre la vitesse de rotation (9r) et la consigne de vitesse (éd ), de gain K1(p), de la forme : 13 5 2904271 14 4r2K p (Ti + pXl + ri p) K~ (P) = (1+ 2z2p)2 délivrant une première commande de couple (Tell), ainsi qu'un second filtre (K2), de gain K2(p) de la forme : 1 K2(p)_ (1+2zzpXl+2z2p) délivrant une seconde commande (Te12), les deux commandes s'ajoutant puis passant dans un saturateur (Sat,) pour s'appliquer au couple moteur réel (Tel) délivré par le moteur du véhicule.