Brevet FR2904593A1 — publié le 20080208

--> PROCEDE POUR LA REGULATION OU LA COMMANDE D'AU MOINS UNE GRANDEUR D'ETAT DE MARCHE D'UN VEHICULE ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé pour la régulation ou la commande d'au moins une grandeur d'état de marche d'un véhicule, dans lequel la force de guidage latérale qui s'exerce dans un pneumatique du véhicule est calculée pour l'exécution du réglage d'un actionneur situé dans ledit véhicule. L'invention concerne également un appareil de régulation et de commande pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Dans la revue "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96", 1994, pages 674 à 689, on décrit un procédé pour la régulation de la dynamique de marche dans des véhicules automobiles, dans lequel la dynamique longitudinale du véhicule et la dynamique transversale du véhicule sont prises en compte. Par la régulation de la dynamique de marche, on vise à assurer la stabilité de la marche, même dans des conditions limites. Une vitesse de lacet de consigne est déterminée à partir de l'angle du volant qui est imposé par le conducteur, elle est comparée à un taux de lacet et elle sert de base pour une régulation de la vitesse de lacet. Le couple de lacet nécessaire pour le guidage transversal du véhicule est fourni par le régulateur du taux de lacet, et il est appliqué sous la forme de freinages ciblés de différentes roues du véhicule. Toutefois, en cas de faibles coefficients d'adhérence des pneumatiques, la régulation de la vitesse de lacet utilisée seule peut conduire, à de grands angles de flottement et, de ce fait, à une instabilité du véhicule. C'est pourquoi, en plus de la régulation de la vitesse de lacet, on introduit aussi dans le concept de régulation une limitation de l'angle de flottement du véhicule mais, pour cela, on a besoin de connaître les forces latérales qui se manifestent dans le -->pneumatique. La détermination des forces latérales nécessite des modèles de pneumatiques compliqués qui, malheureusement, sont toujours affectés d'un coefficient d'incertitude en raison de la complexité de la dynamique des pneumatiques. En partant de cet état de la technique, l'invention a pour but de déterminer d'une façon simple et avec une grande précision la force de guidage latérale qui se manifeste dans un pneumatique d'un véhicule, afin de régler ou de commander au moins une grandeur d'état de marche. Selon l'invention, ce problème est résolu par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que la force de guidage latérale est calculée en appliquant une relation cinématique prédéterminée sous la forme d'une fonction de la force de crémaillère qui agit dans la crémaillère du système de direction du véhicule, et en ce que la force de crémaillère est calculée sous la forme d'une fonction des couples de direction qui s'exercent dans le système de direction. De façon avantageuse, l'on prend en compte comme couples de direction un couple manuel produit par le conducteur et un couple d'un servomoteur d'assistance. La force de crémaillère se compose avantageusement d'une partie correspondant au couple manuel produit par le conducteur et d'une partie correspondant au couple moteur d'un servomoteur d'assistance, avec prise en compte de la démultiplication de direction entre le pignon inclus dans le système de direction et la crémaillère, ainsi que de la démultiplication de direction entre le servomoteur et la crémaillère. Dans le mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, une erreur d'estimation peut être déterminée à partir de grandeurs d'état calculées et de grandeurs mesurées correspondantes, ladite erreur étant prise pour base pour -->le calcul de la force de crémaillère, et les grandeurs d'état calculées pouvant être présentées dans un modèle mathématique sous la forme d'une fonction des couples de direction qui s'exercent dans le système de direction. Dans le modèle mathématique présentant la forme d'un circuit de régulation fermé, la force de crémaillère déterminée à partir de l'erreur d'estimation, peut être renvoyée en retour et intervient dans le nouveau calcul des grandeurs d'entrée. De préférence, l'angle du volant de direction et l'angle de position du moteur du servomoteur d'assistance sont pris en compte comme grandeurs d'état. De façon avantageuse, la force de guidage latérale pour l'essieu arrière est déterminée à partir de la force de guidage latérale déterminée pour l'essieu avant, en prenant en compte la force transversale totale exercée sur le véhicule. Dans le procédé selon l'invention pour la régulation ou la commande d'une grandeur d'état de marche, la force de guidage latérale qui se manifeste dans un pneumatique du véhicule est déterminée sur la base d'une relation cinématique prédéterminée sous la forme d'une fonction de la force de crémaillère qui se manifeste dans la crémaillère du système de direction du véhicule. Cette force de crémaillère peut à son tour être calculée en fonction des couples qui s'exercent dans le système de direction. Ceci crée une relation entre les couples de direction qui s'exercent dans le système de direction et la force de guidage latérale qui est nécessaire pour différents concepts de régulation ou de commande dynamiques de la marche. Dans ce mode de réalisation, on peut en principe se dispenser d'utiliser un modèle de pneumatique, ce qui représente une considérable simplification du procédé. Cette valeur ainsi déterminée de la force de guidage latérale qui se manifeste dans le pneumatique, contient l'information sur les coefficients de frottement actuels du pneumatique, mais ces coefficients n'ont pas à être calculés d'après -->des modèles de pneumatiques, comme cela se fait habituellement dans l'état de la technique, mais ils sont implicitement contenus dans les couples de direction qui agissent dans le système de direction. Ces couples de direction peuvent être déterminés à l'aide de capteurs appropriés et sont normalement un couple manuel produit par le conducteur ainsi qu'un couple de moteur exercé par un servomoteur d'assistance. Avec le procédé selon l'invention, étant donné que les couples de direction peuvent être déterminés avec une haute précision et qu'ils représentent une mesure pour les coefficients de frottement actuels agissant sur les pneumatiques, on peut épuiser des réserves de dynamique de la marche avec des moyens simples, puisqu'on parvient à connaître des valeurs de l'accélération transversale et de grandeurs connexes. Il est possible de procéder à des estimations du coefficient de frottement pour déterminer en particulier le coefficient de frottement de la chaussée. Une autre possibilité consiste en une amélioration de la qualité en ce qui concerne la détermination du couple manuel que le conducteur perçoit lorsqu'il tient le volant selon un certain angle et qui change lorsque, par exemple, le véhicule passe d'une surface de chaussée à grand coefficient de frottement à une surface de chaussée à faible coefficient de frottement. Une amélioration de la réaction dans ces cas signale au conducteur la diminution du coefficient de frottement, de sorte que le conducteur peut réagir correctement à la variation de l'état de la chaussée. Dans l'état de la technique, cette réaction directe est transmise d'une façon qui est fortement amortie et retardée par l'inertie du servomoteur, ce qui rend plus difficile ou entrave même une réaction immédiate du conducteur. Dans le procédé selon l'invention, la réaction immédiate peut être produite dans les actionneurs, sur la base de la connaissance de la force de guidage latérale, et par des interventions appropriées du véhicule. Selon un autre mode de réalisation avantageux, il est prévu que la force de crémaillère soit calculée à une valeur fixe, composée de fractions constituées par le couple manuel et par le couple de moteur du servomoteur d'assistance, -->avec prise en compte des démultiplications de braquage, d'une part entre un pignon du système de direction et la crémaillère, d'autre part entre le servomoteur et la crémaillère. Ce servomoteur est habituellement un moteur électrique qui est prévu pour l'assistance ou, éventuellement, la réduction du couple de direction qui doit être appliqué par le conducteur dans le système de direction. En remplacement d'un servomoteur électrique, on peut aussi prévoir un dispositif de servomoteur hydraulique qui comprend un cylindre hydraulique, la pression du cylindre hydraulique étant avantageusement produite par l'intermédiaire d'une pompe hydraulique entraînée par un moteur électrique. Selon un autre mode de réalisation préférée, la force de crémaillère est calculée en fonction d'une erreur d'estimation qui est donnée par la différence entre des grandeurs d'état calculées dans un modèle mathématique du véhicule et des grandeurs mesurées correspondantes. Les grandeurs d'état calculées dans le modèle mathématique peuvent être représentées sous la forme d'une fonction des couples de direction agissant dans le système de direction. Dans ce mode de réalisation, la force de crémaillère est déterminée, en particulier dans un circuit de régulation fermé, en utilisant un premier estimateur, respectivement un régulateur sur la base des erreurs d'estimation citées, la valeur déterminée de la force de crémaillère étant renvoyée au modèle mathématique dans la boucle fermée pour le calcul des grandeurs d'état. De cette façon, après le transitoire du système, on obtient une valeur fiable pour la force de crémaillère, valeur qui est finalement prise pour base en appliquant la relation de dépendance connue, en tenant compte de la cinématique de la roue dans le système de direction, pour le calcul de la force de guidage latérale appliquée au pneumatique à remettre en ligne. Dans un autre mode avantageux de réalisation, les grandeurs d'état sont l'angle du volant et l'angle de position du servomoteur d'assistance qui sont calculées dans le modèle mathématique équivalent et comparées aux grandeurs mesurées correspondantes. Habituellement on peut avoir recours à ces -->grandeurs mesurées dans le système de régulation de la dynamique de marche. La présente invention et ses avantages apparaîtront dans la description suivante d'un mode réalisation préféré de l'invention donné à titre non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un système de direction utilisé dans un véhicule et possédant un servomoteur pour l'assistance de direction et un mécanisme de superposition monté en amont, la figure 2 est une représentation schématique des conditions cinématiques régnant au niveau d'une roue, la figure 3 est un schéma-bloc pour la détermination de la force de guidage latérale qui agit sur un pneumatique dans la direction transversale, en fonction du couple manuel et du couple du moteur, ainsi que des démultiplications des mécanismes contenus dans le système de direction, et la figure 4 est un schéma-bloc pour la détermination dynamique de la force de crémaillère dans un modèle mathématique équivalent et de la force de guidage latérale qu'il s'agit de déterminer à partir de la première. Dans le système de direction 1 représenté schématiquement par la figure 1 , le conducteur impose par l'intermédiaire du volant de direction 2 un angle de volant de direction δ LR qui est transmis, par l'intermédiaire d'un arbre de direction 3 et d'un mécanisme de direction 6 ainsi que d'une crémaillère 7 aux roues avant directrices 8 dans lesquelles il s'établit un angle de direction de roue δv. Pour l'assistance de direction, éventuellement aussi pour la réduction du couple qui devra être appliqué par le conducteur, il est prévu un servomoteur 9 qui introduit un couple de direction additionnel T EPS par l'intermédiaire du mécanisme de direction 6. Le servomoteur 9 est en particulier un moteur -->électrique, tandis que l'on peut aussi envisager éventuellement une assistance de direction hydraulique. Dans le système de direction 1 , il peut être prévu facultativement un mécanisme de superposition supplémentaire 4 qui est intercalé dans l'arbre de direction 3. A ce mécanisme de superposition 4 est associé un servomoteur 5 lors de l'actionnement duquel est produit un angle de rotation additionnel δ M qui est superposé à l'angle de volant de direction δ LR généré par le conducteur, de sorte qu'il s'établit un angle de volant de direction résultant δ LR' qui est transmis au mécanisme de direction 6 sous la forme d'un angle de pignon de direction. Si le servomoteur additionnel 5 contenu dans le mécanisme de superposition 4 n'est pas actionné, aucun angle de rotation additionnel δ M n'est produit, de sorte que l'angle de direction résultant δ LR LR imposé par le conducteur. On peut éventuellement se dispenser aussi entièrement du mécanisme de superposition 4. La figure 2 illustre schématiquement la cinématique des roues. Le mouvement de direction est transmis, par l'intermédiaire du mécanisme de direction 6 et de la crémaillère 7, à une timonerie 11 qui représente la cinématique de la roue avant 8 braquée. La force de crémaillère F z qui agit dans la direction de la crémaillère 7 est en rapport avec la force de guidage latérale F y qui agit sur le pneumatique 10 de la roue avant directrice 8 dans la direction transversale. Si l'on considère le montage sur l'essieu avant, on peut reconnaître que les forces de guidage latérales qui sont introduites dans la suspension de la roue par l'intermédiaire du pneumatique sont transformées en un couple de direction qui prend sa réaction sur la barre d'accouplement. Si l'on connaît la cinématique de la suspension de la roue, on peut trouver la relation entre la force de guidage latérale F y introduite côté essieu et la force de barre d'accouplement ou de crémaillère F z : Fy= Vh n Fz --> ( kin) désignant ici une fonction déterminée par la cinématique de la roue, qui peut éventuellement être présente sous la forme d'un diagramme. La force de crémaillère F z est calculée sous la forme d'une fonction f(T) des couples T qui agissent dans le système de direction : F z = f(T) , où l'on prend en compte comme couples de direction T le couple manuel TH produit par le conducteur ou qui agit en réaction sur ce dernier, et le couple moteur TEPS du servomoteur d'assistance 9. Le mode de réalisation a l'avantage consistant en ce que, même sans avoir à prendre en compte un coûteux modèle de pneumatique, on peut acquérir la connaissance de la force de guidage latérale F y qui agit sur un pneumatique intéressé. Les forces de guidage latérales F y peuvent être utilisées, d'une part pour calculer la plausibilité des grandeurs des capteurs. D'autre part, l'angle de flottement dans le véhicule, c'est-à-dire l'écart entre l'axe longitudinal et le vecteur de la vitesse réelle du véhicule, peut être calculé. Par ailleurs, les réserves de dynamique du véhicule, donc les grandeurs d'accélération transversales ou des grandeurs qui y sont reliées, peuvent être déterminées. Finalement, il est possible d'effectuer des estimations du coefficient de frottement et en particulier de déterminer le coefficient de frottement entre le pneumatique et la chaussée. Etant donné que les forces de guidage latérales actuelles F y peuvent être déterminées séparément pour chaque roue directrice, on peut aussi détecter des situations de μ-split (différence de μ) dans lesquelles on est en présence de coefficients de frottement différents sur la gauche et sur la droite du véhicule. Comme on peut le déduire de la figure 3, en combinaison avec les figures 1 et 2, la force de crémaillère F z peut être calculée à partir d'une partie correspondant au couple manuel TH produit par le conducteur et une partie -->correspondant au couple moteur T EPS du servomoteur d'assistance 9, en tenant compte de la démultiplication de direction ÎR , qui est connue, entre l'arbre de direction 3 ou le pignon du système de direction 1 et la crémaillère 7, ainsi que de la démultiplication de direction, ÎKGT / R, également connue, entre le servomoteur 9 et la crémaillère 7 : ^Z = H ' l R + -* I PS ' 1 KGΓI R La force de guidage latérale F y est calculée, comme indiqué plus haut, en appliquant la relation cinématique f(V kιn ) représentée par F y = [Vk )-Fz à partir de la force de crémaillère F z . Un autre procédé pour la détermination de la force de crémaillère F z est indiqué sur la figure 4. Dans un modèle équivalent mathématique ou un modèle mathématique de véhicule qui se présente sous une forme d'état, des grandeurs d'état sont déterminées en fonction du couple manuel T H , du couple moteur T E PS et de la force de crémaillère F z . Ce modèle mathématique est représenté sur la figure 4 dans le bloc 12. Le modèle mathématique se présente dans le bloc 12 sous la forme x = Ax + Bu où le vecteur d'état x contient l'angle du volant δ LR et l'angle de position du moteur δ E ps et le vecteur d'entrée u contient le couple manuel T H , le couple moteur T E ps et la force de crémaillère F z . Les grandeurs d'état calculées x avec -iModell à δ , M X = à δ , M δ IPS du modèle sont ensuite comparées à des grandeurs mesurées correspondantes -->x M = δ LR δ .Me s*, un g EPS L'erreur d'estimation e qu'on en tire, avec e=x-x M est transmise à un autre bloc 13 en tant que grandeur d'entrée qui contient un estimateur ou régulateur, dans lequel la force de crémaillère F z est déterminée sous la forme d'une fonction de l'erreur d'estimation e : F z = f(e) . La force de crémaillère F z déterminée de cette façon est de nouveau envoyée, dans une boucle de retour, en tant que grandeur d'entrée, dans le bloc 12 où les grandeurs d'état sont calculées de nouveau dans le modèle mathématique de véhicule. Etant donné qu'il s'effectue une correction permanente entre les grandeurs calculées et les grandeurs mesurées, le système oscille sur les valeurs correctes pour les grandeurs d'état, et on obtient en même temps une valeur correcte pour la force de crémaillère F z . Finalement, dans l'autre bloc 14, la force de crémaillère F z est prise pour base pour le calcul de la force de guidage latérale F y conformément à la relation F y =J{Vk„,yFz . La force de guidage latérale a été déterminée de cette façon pour les roues avant directrices. En tenant compte de la force transversale totale agissant sur le véhicule, on peut aussi calculer à partir de la force de guidage latérale F v pour l'essieu avant, la force de guidage latérale F" pour l'essieu arrière : Fy H =m-a y -F y v , dans laquelle m désigne la masse du véhicule et a y désigne l'accélération transversale du véhicule. -->n Les procédés décrits sont mis en oeuvre dans un appareil de régulation et de commande inclus dans le véhicule, dans lequel la force de guidage latérale est prise pour base pour la détermination de signaux de réglage destinés à activer divers actionneurs et dispositifs de réglage dans le véhicule, par exemple, le système de freinage ou la gestion du moteur. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. --> Revendications 1. Procédé pour la régulation ou la commande d'au moins une grandeur d'état de marche d'un véhicule, dans lequel la force de guidage latérale (F y ) qui s'exerce dans un pneumatique (10) du véhicule est calculée pour l'exécution du réglage d'un actionneur situé dans ledit véhicule, caractérisé en ce que la force de guidage latérale (F y ) est calculée en appliquant une relation cinématique prédéterminée sous la forme d'une fonction (f (V kιn )) de la force de crémaillère (F z ) qui agit dans la crémaillère (7) du système de direction (1) du véhicule : F y = f(V K!N ) - F z , et en ce que la force de crémaillère (F z ) est calculée sous la forme d'une fonction (f(T)) des couples de direction (T) qui s'exercent dans le système de direction (1) : F z = f(T) . 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on prend en compte comme couples de direction (T) un couple manuel (TH) produit par le conducteur et un couple (T E ps) d'un servomoteur d'assistance (9). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force de crémaillère (F z ) se compose d'une partie correspondant au couple manuel (TH) produit par le conducteur et d'une partie correspondant au couple moteur (T E PS) d'un servomoteur d'assistance (9), avec prise en compte de la démultiplication de direction (JR) entre le pignon inclus dans le système de direction (1) et la crémaillère (7), ainsi que de la démultiplication de direction (JKGT / R) entre le servomoteur (9) et la crémaillère (7) ^Z ~ * H ' l R + T.l'S ' l KGl I R ' 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une erreur d'estimation (e) est déterminée à partir de grandeurs d'état --> calculées (x) et de grandeurs mesurées correspondantes (x M ), par application de la relation e = x-x M , ladite erreur étant prise pour base pour le calcul de la force de crémaillère (Fz) F z = f(e) , et les grandeurs d'état calculées (x) pouvant être présentées dans un modèle mathématique sous la forme d'une fonction (f(T H ,T EPS )) des couples de direction (T H , T E PS) qui s'exercent dans le système de direction (1) : x = J ( 'H > EPS ) 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le modèle mathématique présentant la forme d'un circuit de régulation fermé, la force de crémaillère (F z ) déterminée à partir de l'erreur d'estimation (e) est renvoyée en retour et intervient dans le nouveau calcul des grandeurs d'état (x). 6. Procédé selon les revendications 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'angle du volant de direction (δ LR ) et l'angle de position du moteur (δ E ps) du servomoteur d'assistance (9) sont pris en compte comme grandeurs d'état (x). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la force de guidage latérale (F y H ) pour l'essieu arrière est déterminée à partir de la force de guidage latérale (F y ) déterminée pour l'essieu avant, en prenant en compte la force transversale totale exercée sur le véhicule: F y = m - a - F y , dans laquelle m désigne la masse du véhicule, et --> a y désigne l'accélération transversale du véhicule. 8. Appareil de régulation et de commande pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.