Brevet FR2903952A1 — publié le 20080125

Dispositif et procédé de surveillance de la commande du braquage de roue arrière directrice La présente invention relève du domaine des systèmes de commande de véhicules terrestres, en particulier de véhicules automobiles à roues. De façon classique, les véhicules automobiles sont pourvus d'un châssis, d'un habitacle, de roues reliées au châssis par un mécanisme de suspension avec des roues avant directrices commandées par un volant à la disposition du conducteur dans l'habitacle du véhicule. Le document FR-A-2 681 303 décrit un dispositif de commande de direction arrière pour véhicule automobile à quatre roues directrices, comprenant une plaque formant came et deux galets disposés dans un même plan médian vertical contenant l'axe longitudinal d'une barre de direction arrière commandant le pivotement des roues arrière. Ce document décrit également que pour obtenir le meilleur comportement routier possible du véhicule, il est nécessaire de braquer les roues arrière dans le même sens que les roues avant pour une valeur d'angle de braquage du volant inférieure à une valeur de seuil prédéterminée et dans le sens opposé aux roues avant lorsque la valeur d'angle de braquage dépasse la valeur de seuil. On obtiendrait ainsi un effet survireur souhaitable du véhicule lorsque l'angle de braquage est relativement important, par exemple lorsqu'on gare le véhicule dans un garage ou un parc de stationnement, et un effet sous-vireur également souhaitable lorsque l'angle de braquage est relativement petit comme c'est le cas lorsque le véhicule roule relativement rapidement. Toutefois, un tel dispositif, relativement fruste, ne permet pas d'agir finement sur le comportement du véhicule. La demande de brevet FR-A-2 864 001 (Renault) vise un procédé et un système de commande du braquage de roue arrière 2903952 2 directrice destiné à un véhicule. En fonction de l'angle de braquage de roue avant, de données de déplacement du véhicule, et d'une consigne antérieure de braquage de roue arrière, une consigne actuelle de braquage de roue arrière est élaborée. Ce procédé donne satisfaction et 5 permet de réduire les risques de perte de contrôle, qui peuvent être dus à une réponse du véhicule inadaptée car trop vive, pas assez amortie ou encore peu prévisible. La demanderesse s'est aperçue qu'il était souhaitable d'augmenter encore la sécurité de fonctionnement et de surveiller la 10 consigne de braquage de roue arrière dont des valeurs aberrantes peuvent être dues à des composants défectueux, par exemple une zone mémoire corrompue ou une implantation ratée d'un algorithme. Une redondance complète des composants matériels et logiciels aurait offert une solution qui s'avère beaucoup trop coûteuse et encombrante. 15 La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs évoqués ci-dessus. La présente invention a pour but de fournir de façon économique une sécurité accrue avec une réaction rapide à un système de commande du braquage de roue arrière directrice destiné à un 20 véhicule. Le procédé de surveillance de la commande du braquage de roue arrière directrice pour un véhicule à au moins trois roues directrices, comprend la comparaison d'une consigne de braquage de roue arrière directrice à un gabarit, ladite comparaison étant effectuée 25 par un calculateur générant la consigne. On se sert du même calculateur pour générer la consigne et surveiller l'apparition de valeurs aberrantes, ce qui s'avère très économique et peu encombrant donc facile à implanter dans un calculateur configuré pour la génération de consigne de braquage. 30 Dans un mode de réalisation, on compare une consigne statique de braquage de roue arrière directrice à un gabarit. Le gabarit peut occuper un emplacement de mémoire de faible taille. 2903952 3 Dans un mode de réalisation, le gabarit comprend un minorant et un majorant. Le majorant peut avoir une valeur nulle jusqu'à un premier seuil, est croissant linéairement entre le premier seuil et un deuxième seuil, et a une valeur constante au-delà du deuxième seuil. 5 Le premier seuil peut avoir une valeur nulle. Le premier seuil peut avoir une valeur supérieure à zéro. Dans un mode de réalisation, le minorant a une valeur nulle. Dans un mode de réalisation, le minorant a une valeur nulle jusqu'à un troisième seuil, est croissant linéairement entre le troisième 10 seuil et un quatrième seuil, et a une valeur constante au-delà du quatrième seuil. La pente du majorant entre le premier seuil et le deuxième seuil et la pente du minorant entre le troisième seuil et le quatrième seuil peuvent être identiques. Dans un mode de réalisation, le troisième seuil est compris 15 entre le premier seuil et le deuxième seuil. Le quatrième seuil peut être supérieur au deuxième seuil. Dans un mode de réalisation, le gabarit est une fonction de l'angle de braquage des roues avant ou de l'angle du volant de direction. 20 Dans un mode de réalisation, une alarme est générée en cas de franchissement du gabarit par la consigne. Dans un mode de réalisation, la consigne est limitée au gabarit. Le système de surveillance de la commande du braquage de 25 roue arrière directrice pour un véhicule à au moins trois roues directrices, comprend un moyen de comparaison d'une consigne de braquage de roue arrière directrice à un gabarit, ladite comparaison étant effectuée par le calculateur générant la consigne. 2903952 4 Dans un mode de réalisation, le gabarit est stocké dans une mémoire non volatile. Grâce à l'invention, la sécurité du véhicule est augmentée par réduction du risque de consigne dangereuse ou aberrante provoquée 5 par un dysfonctionnement des moyens de génération de la consigne. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : 10 -la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule équipé d'un système de commande; -la figure 2 est un schéma logique du système de commande muni d'un système de surveillance; - la figure 3 est une courbe montrant le calcul d'une partie 15 statique de consigne de braquage; et -les figures 4 et 5 sont des courbes montrant des exemples de gabarits. Comme on peut le voir sur la figure 1, le véhicule 1 comprend un châssis 2, deux roues avant directrices 3 et 4 et deux roues arrière 20 directrices 5 et 6, les roues étant reliées au châssis 2 par un mécanisme de suspension non représenté. Le véhicule 1 se complète par un système de direction 7 comprenant une crémaillère 8 disposée entre les roues avant 3 et 4, un actionneur de crémaillère 9 apte à orienter les roues avant 3 et 4 par 25 l'intermédiaire de la crémaillère 8 en fonction d'ordres reçus, de façon mécanique ou électrique, en provenance d'un volant de direction non représenté, à disposition d'un conducteur du véhicule. Le système de commande d'aide au braquage 10 est donné ici à titre d'exemple d'un système pouvant faire l'objet d'une surveillance en 30 vus d'accroître la sûreté de fonctionnement. Le système de commande d'aide au braquage 10 comprend une unité de commande 11, un capteur 2903952 5 12 de la position de braquage des roues avant 3 et 4, par exemple positionné sur l'actionneur 9, un capteur 13 de la vitesse de rotation des roues avant permettant de déterminer la vitesse V du véhicule, un capteur 14 de la vitesse de lacet qr du véhicule, c'est-à-dire de la vitesse 5 de rotation du véhicule autour de son centre de gravité suivant un axe vertical, et un capteur 15 de l'accélération latérale au centre de gravité du véhicule. En outre, le système 10 comprend des capteurs 17 et 18 de l'angle de braquage des roues arrière 5 et 6, et des actionneurs 19 et 20 10 permettant d'orienter lesdites roues arrière 5 et 6. Toutefois, un seul capteur 17 et un seul actionneur 19 peuvent suffire à la détection de l'angle de braquage et à l'orientation des roues arrière 5 et 6. Les capteurs de position et de vitesse peuvent être de type optique ou encore magnétique, par exemple à effet Hall, coopérant avec un codeur 15 solidaire d'une partie mobile tandis que le capteur est non tournant. L'unité de commande 11 peut être réalisée sous la forme d'un microprocesseur équipé d'une mémoire vive, d'une mémoire morte, d'une unité centrale et d'interfaces d'entrée/sortie permettant de recevoir des informations des capteurs et d'envoyer des instructions, 20 notamment aux actionneurs 19 et 20. Plus précisément, l'unité de commande 11 comprend un bloc d'entrée 12 recevant les signaux en provenance des capteurs 12 à 14, et notamment la vitesse du véhicule V, la vitesse de lacet et l'angle de roues avant ai. La vitesse du véhicule peut être obtenue en faisant la 25 moyenne de la vitesse des roues avant ou des roues arrière telle que mesurée par les capteurs d'un système antiblocage de roues. Dans ce cas, il est prévu un capteur 13 par roue, le système antiblocage de roues comprenant une sortie reliée à une entrée de l'unité de commande 11 pour fournir l'information de vitesse du véhicule. Alternativement, 2903952 6 chaque capteur 13 est relié à une entrée de l'unité de commande 11, l'unité de commande 11 effectuant alors la moyenne de la vitesse des roues. L'unité de commande 11 comprend également un observateur 5 d'état 23, permettant d'estimer les informations qui ne sont pas mesurées et qui sont nécessaires à la commande, entre autres les perturbations qui agissent sur le véhicule. L'observateur d'état 23 peut par exemple être construit à partir d'un modèle de véhicule à deux roues directrices sans ballant en faisant l'hypothèse qu'une perturbation d de 10 type échelon peut agir directement sur la vitesse de lacet du véhicule sur un intervalle de temps fini. Une dynamique qui modélise le comportement de l'actionneur peut être ajoutée. L'équation d'état associée au modèle étendu par la perturbation, est la suivante : D, L; +D2L2 VIZ -1+D2L2ùD'L' MV 2 o o af2 d fi a1.2 d a2 + a, D2L2 ù D,L, D2L2 Iz IZ D, + D2 D2 MV MV o o 1 r 0 0 0 0 o y fi y=0 0 0 1) 15 dans laquelle on note y la sortie considérée, M la masse totale du véhicule, Iz l'inertie du véhicule autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, L1 la distance du centre de gravité à l'essieu 20 avant, L2 la distance du centre de gravité à l'essieu arrière, L af.2 d 2903952 7 l'empattement du véhicule égal à Ll+L2, Dl la rigidité de dérive avant, D2 la rigidité de dérive arrière, al l'angle des roues avant avec l'axe longitudinal du véhicule, a2 l'angle de consigne des roues arrière, af2 l'angle de braquage réel des roues arrière, V la vitesse du véhicule, lfr la 5 vitesse de lacet, l'angle de dérive, c'est-à-dire de l'angle que fait le vecteur vitesse du véhicule avec l'axe longitudinal dudit véhicule., et t le temps de réponse de l'actionneur. À partir de ce modèle, on développe la théorie classique des observateurs linéaires. L'observateur d'état 23 permet d'estimer les 10 états du véhicule et l'ensemble des perturbations qui agissent sur le véhicule. L'observateur d'état peut donc utiliser l'équation suivante : DILI +D2L2 D2L2 - D1LI D2L2 VIZ Iz IZ D2L2 - DI LI D +D + D2 D2 1+ MV 2 MV MV o o o -- r 0 0 0 or =(1001) avec n qui signifie que les valeurs sont estimées, d la perturbation subie par le véhicule, et Ko(V) le paramètre de réglage de 15 l'observateur d'état qui évolue en fonction de la vitesse du véhicule. Les quatre valeurs estimées 1jr, f3, âf2 et d fournissent une estimation de l'état du véhicule qui pourrait être utilisée par d'autres éléments de l'unité de commande 11. o o al + Ko(VW - ) (0 a2 + 0 fi af2 â 2903952 8 L'unité de commande 11 comprend en outre un bloc 24 de calcul des transitoires. Le bloc 24 calcule la valeur de commande de l'angle de braquage des roues arrière 5 et 6 noté î2 ù transitoire qui permet d'agir sur la dynamique de la réponse transitoire. Le calcul peut être effectué par 5 une technique de placement de pôles. On peut se référer à cet égard au document Kautsky, J. et N.K. Nichols, Robust Pole Assignment in Linear State Feedback , Int. J. Control, 41 (1985), pages 1129-1155. Si on note [al(V)+bl(V)i (a2(V)+b2(V)i (a3(V)+b3(V)i]. Les trois pôles du système décrit ci-dessus sans la perturbation, a(V) et b(V) 10 correspondant respectivement aux parties réelles et imaginaires de chacun des pôles à la vitesse V, on cherche le correcteur K=[K1(V) K2(V) K3(V)] qui placera les pôles du système bouclé en [Tdynl 1(V).al (V)+Tdynl2(V).b l (V).i Tdyn21(V).a2(V)+Tdyn22(V).b2(V).i 15 Tdyn31(V).a3(V)+Tdyn32(V).b3(V).i] Tdynll, Tdyn12, Tdyn2l, Tdyn22, Tdyn3l, Tdyn32 étant les paramètres de réglage (variables en fonction de la vitesse du véhicule V de la réponse transitoire du véhicule. Le correcteur K(Vo) peut se calculer, pour chaque vitesse Vo 20 choisie, par la méthode de placement de pôles décrite dans le document précité. Le correcteur K(V) est ensuite interpolé en fonction de la vitesse. On obtient ainsi la variable de commande : a2-Transitoire = K, (V )4 +K2(v) + K3 (V )â~ 2 On notera que si les paramètres de réglage sont égaux à 1, on ne 25 modifie pas la réponse dynamique du véhicule, qu'un paramètre supérieur à 1 se traduit par une augmentation de la vivacité de la réponse du véhicule et qu'un paramètre inférieur à 1 se traduit par une 2903952 4RD 9 diminution de la vivacité de la réponse du véhicule. On peut prévoir, à titre d'exemple de réglage: Tdynl l = 0,8 Tdyn12 = 0 5 Tdyn2l = 0,8 Tdyn22 = 0 Tdyn3l = 0,8 Tdyn32 = 0 Un tel réglage permet de ralentir la réponse dynamique du 10 véhicule et de supprimer les oscillations en vitesse de lacet et dérive du véhicule. À vitesse élevée, 90 km/h par exemple, ce réglage permet d'optimiser le passage d'un double changement de file. L'unité de commande 11 comprend en outre un bloc 25 de calcul de la commande statique notée a2-statique recevant en entrée l'angle de 15 braquage al de roues avant tel que mesuré par le capteur 12, les coefficients K1, K2 et K3 calculés le bloc 24 et la vitesse V du véhicule mesurée par le capteur 13. La commande a2-statique permet d'agir sur la réponse statique du véhicule et de modifier la valeur stabilisée de la vitesse de lacet obtenue suite à un coup de volant d'amplitude donnée. 20 Le résultat peut être exprimé par comparaison avec le gain statique qu'on obtiendrait sur le véhicule dont les roues arrière sont non directrices. où Tgs est le paramètre de réglage qui peut varier, si nécessaire, en fonction de la vitesse V. STABILISE = Tgs Y' STABILISE al al 2RD 5 2903952 10 Afin de rendre les parties transitoire et stabilisée indépendantes, on réalise la correction suivante sur a2transitoire a2 û a2rransitoire û FF. a, où le gain FF est défini par la formule ci-dessous : (1-(Tgs(V)).(l+K3(V))+Tgs(V).(Kl (V).GV+K2(V).G[32)+K2(V) avec : V _ G~ L+M.(L2D2ûL,D,) LD, D2 G,cZ = G yr. L, L2MV ~V + LD, ~ Ceci permet de garantir que î2stabilisé = (1-Tgs).ui 10 Si Tgs est égal à 1, la réponse statique du véhicule n'est pas modifiée et donc identique à celle d'un véhicule à roues arrière non directrices. Une valeur du coefficient Tgs supérieure à 1 se traduit par une augmentation de la réponse statique du véhicule, tandis qu'une valeur inférieure à 1 se traduit par une diminution de la réponse statique 15 du véhicule. On peut prévoir Tgs=1,2 pour une vitesse de 90 km/h, ce qui permet de rendre la réponse du véhicule plus directe et donc d'optimiser le passage d'un double changement de file. L'unité de commande 11 se complète par un soustracteur 26, une sortie 27 et un retard unitaire 28. Le soustracteur 26 reçoit sur son 20 entrée positive la sortie de commande a2-transitoire du bloc 24 et sur son entrée négative la sortie de commande a2-statique du bloc 25. La sortie du soustracteur 26 est reliée, d'une part, à la sortie générale 27 de l'unité 2903952 11 de commande 11, et, d'autre part, au retard unitaire 28, dont la sortie est reliée à une entrée de l'observateur d'état 23 pour lui fournir l'angle de braquage des roues arrière à un instant précédent. Le système de commande de braquage de roues arrière présente 5 une structure en boucle fermée au moyen d'un contrôleur permettant de modifier la dynamique du système et un gain permettant le réglage du gain statique, le tout variable en fonction de la vitesse. La stratégie de commande permet de régler la partie transitoire de la réponse latérale du véhicule à un coup de volant. En particulier, on 10 peut régler la vitesse de la réponse ainsi que son amortissement. Le réglage final, fonction de la vitesse du véhicule, permet d'optimiser l'efficacité et la facilité de passage d'un double changement de file ou encore la manoeuvre à basse vitesse. La stratégie de commande permet de régler la partie statique de 15 la réponse latérale du véhicule à un coup de volant. Le réglage final, fonction de la vitesse du véhicule, permet par exemple d'optimiser l'efficacité et la facilité de passage d'un double changement de file et/ou la manoeuvre à basse vitesse. Les parties statique et dynamique de la réponse du véhicule 20 peuvent faire l'objet d'un réglage indépendant. La structure en boucle fermée assure une excellente précision et une robustesse élevée. En variante, une structure en boucle ouverte peut être envisagée. En outre, il est possible de tenir compte de la dynamique de l'actionneur 9 des roues avant 3 et 4 et des actionneurs 19 et 20 des roues arrière 5 et 6. 25 Le réglage des paramètres est rapide et intuitif, car lesdits paramètres sont liés aux performances minimales du véhicule, c'est-à-dire aux performances d'un véhicule à roues arrière non directrices. En effet, des paramètres de réglage égaux à 1 ne modifient pas le comportement 2903952 12 du véhicule, alors que des paramètres de réglage supérieurs à 1 rendent le comportement plus vif et plus direct et vice-versa. L'unité de commande 11 comprend un système de surveillance 29 de la partie statique a2-statique de la consigne. Un système de 5 surveillance de la partie dynamique a2-dynamique de la consigne peut également être mis en oeuvre. Le système de surveillance 29 peut se présenter sous la forme d'une partie logicielle stockée dans une mémoire rémanente de l'unité de commande 11 et exécutée par le microprocesseur de l'unité de commande 11 ou encore d'un 10 microcircuit dédié associé au microprocesseur. Le système de surveillance 29 détermine si la partie statique a2-statique est conforme à un gabarit et émet une alarme en cas de franchissement du gabarit. L'alarme est transmise à un dispositif extérieur non représenté. Alternativement, l'alarme provoque une modification de la partie 15 statique a2-statique en lui substituant la limite imposée par le gabarit. Pour chaque vitesse, la consigne de braquage î2-statique nominale est calculée comme suit : a2 n,ax si a2NonSatur I > la2max a2-STATIQUenominale = I 2Nonsatnr > d et a2 Nonsatur ≤1a2 max J si a, 0 si la, l (2) 10 a2-statique'O Si Tgs=l (3) On signalera donc une erreur si l'une de ces trois relations n'est pas vérifiée. Afin de surveiller la valeur absolue de la consigne statique de 15 braquage, le système de surveillance 29 établit les droites qui décrivent un majorant et un minorant de celle-ci. Majorant : la2n, ajoranll =I(1-Tgs)atl+bl (4) Minorant : l a2,p;noranrl ù l (1- Tgs)all + b2 (5) Avec b1=-(1-Tgs)*d et b2 calculé de sorte que le minorant soit parallèle au majorant et tangeant à la courbe minorée I a2-statiquenominale , voir figure 4. Ainsi, pour tout Tgs#1, le système de surveillance 29 vérifie 25 que 1(1-Tgs)a t +b2 a2-statique I 1, le système de surveillance 29 vérifie que 0 REVENDICATIONS 1-Procédé de surveillance de la commande du braquage de roue arrière directrice pour un véhicule à au moins trois roues directrices, dans lequel on compare une consigne de braquage de roue arrière directrice à un gabarit, ladite comparaison étant effectuée par le calculateur générant la consigne. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel on compare une consigne statique de braquage de roue arrière directrice à un gabarit. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le gabarit comprend un minorant et un majorant. 4-Procédé selon la revendication 3, dans lequel le majorant a une valeur nulle jusqu'à un premier seuil, est croissant linéairement entre le premier seuil et un deuxième seuil, et a une valeur constante au-delà du deuxième seuil. 5-Procédé selon la revendication 4, dans lequel le premier seuil a une valeur nulle. 6-Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le premier seuil a une valeur supérieure à zéro. 7-Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le minorant a une valeur nulle. 8-Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le minorant a une valeur nulle jusqu'à un troisième seuil seuil, est croissant linéairement entre le troisième seuil et un quatrième seuil, et a une valeur constante au-delà du quatrième seuil. 9-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gabarit est une fonction de l'angle de braquage des roues avant ou de l'angle du volant de direction. 2903952 17 10-Système de surveillance (29) de la commande du braquage de roue arrière directrice (5) pour un véhicule (1) à au moins trois roues directrices, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de comparaison d'une consigne de braquage de roue arrière directrice à 5 un gabarit, ladite comparaison étant effectuée par le calculateur générant la consigne. 11-Système selon la revendication 10, dans lequel le gabarit est stocké dans une mémoire non volatile.