Brevet FR2909763A1 — publié le 20080613

Système et procédé de détection d'un balourd de roue de véhicule automobile La présente invention porte sur un système et un procédé de détection d'un balourd apparaissant sur au moins une roue reliée au châssis d'un véhicule automobile par un mécanisme de suspension. Un balourd est un déséquilibre d'une pièce mécanique, dû au fait que son centre de gravité ne se trouve pas sur l'axe de rotation de ladite pièce mécanique. Un défaut structurel sur un pneumatique ou une jante de roue, ou un défaut d'équilibrage de la roue, se traduit par un phénomène de balourd. Des appareils permettent, lors d'une phase d'équilibrage d'une roue, de détecter la présence ou l'absence d'un balourd, après démontage de la roue. Toutefois, une telle détection d'un balourd appliqué à une roue n'est pas effectuée lors du roulage du véhicule. Aussi, un but de l'invention, est de fournir un système capable de détecter un balourd résultant d'un ou plusieurs balourds physiques, lors du roulage dudit véhicule. Un autre but de l'invention est de prévenir le conducteur d'une défaillance d'un pneumatique sans perte de pression dans ce dernier Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de détection d'un balourd résultant d'une roue reliée au châssis d'un véhicule automobile par un mécanisme de suspension, ledit système étant embarqué à bord dudit véhicule automobile. Ledit système comprend des moyens de détermination du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension. En outre, le système comprend des moyens de calcul d'un balourd résultant appliqué à la roue, en fonction 2909763 2 des signaux transmis par lesdits moyens de détermination du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension. Le système permet de détecter la présence d'un balourd résultant appliqué à une roue d'un véhicule automobile durant le 5 roulage du véhicule. La détection d'un balourd résultant est faite à partir d'une détermination du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension. On entend par balourd résultant un balourd virtuel représentant une pluralité de balourds physiques, dont la somme des effets 10 correspond aux effets engendrés par ledit balourd résultant. Les moyens de calcul d'un balourd résultant sont adaptés pour calculer les valeurs de paramètres représentatifs du balourd résultant. Dans un mode de réalisation, le système comprend, en outre, des moyens d'alerte pour alerter le conducteur de la présence d'un 15 balourd résultant. Les moyens d'alerte peuvent comprendre un voyant lumineux situé sur le tableau de bord du véhicule, une alarme sonore, ou une alarme vocale préenregistrée. Le conducteur est alors prévenu qu'il doit effectuer une vérification de l'équilibrage du pneu, et en 20 attendant, les systèmes embarqués peuvent tenir compte de cette information dans la sollicitation de cette roue. Dans un mode de réalisation, les moyens de calcul d'un balourd résultant sont adaptés pour reconnaître un signal de type pseudosinusoïdal d'amplitude et de fréquence dépendant de la vitesse de 25 rotation de la roue, représentatif de la présence d'un balourd résultant, ledit signal étant transmis par lesdits moyens de détermination du torseur des efforts. 2909763 3 La présence d'un balourd résultant peut effectivement être reconnue par la détection d'un signal pseudo-sinusoïdal d'une composante des efforts ou du couple du torseur des efforts. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de détermination 5 du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension comprennent des moyens de mesure d'informations représentatives du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, et des moyens d'analyse pour déterminer ledit torseur des efforts de la roue relativement à la suspension à partir desdits mesures transmises par 10 lesdits moyens de mesure. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de mesure comprennent au moins une jauge de contrainte disposée sur le roulement de la roue. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de mesure 15 comprennent au moins un capteur d'ondes acoustiques de surface ou au moins un capteur de champ magnétique. La présence de moyens de mesure d'informations représentatives du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension permet de déterminer, en temps réel et de manière 20 continue, la présence d'un balourd résultant appliqué à une roue du véhicule, lors du roulage du véhicule. Selon un mode de réalisation, le système comprend, en outre, des moyens de filtrage des signaux transmis par lesdits moyens de détermination du torseur des efforts de la roue relativement à la 25 suspension, pour réduire les bruits dus aux imperfections de la surface de roulage de la roue. Un tel filtrage permet d'obtenir un signal correspondant au roulage sur une surface plane, en réduisant les bruits dus aux imperfections de la surface de roulage. 2909763 4 Par exemple, ledit balourd résultant étant modélisé par une masse ponctuelle virtuelle, lesdits paramètres comprennent la distance radiale séparant ladite masse ponctuelle virtuelle et l'axe de rotation de la roue, et la distance séparant ladite masse ponctuelle virtuelle et 5 le plan de symétrie vertical de la roue, perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue. La détermination de ces paramètres représentatifs du balourd résultant peut être prise en compte par des systèmes embarqués à bord du véhicule, pour tenir compte, de manière plus précise, de la présence 10 d'un balourd résultant. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de détection d'un balourd d'une roue reliée au châssis d'un véhicule automobile par un mécanisme de suspension, dans lequel on détermine le torseur des efforts de la roue relativement à la 15 suspension. En outre, on calcule un balourd résultant appliqué à la roue en fonction des signaux transmis lors de ladite détermination du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension. Selon un mode de réalisation, on alerte le conducteur de la présence d'un balourd résultant. 20 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 : - la figure 1 est une vue schématique d'un système selon un aspect 25 de l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique représentant la présence d'un balourd résultant appliqué à une roue. Tel qu'illustré sur la figure 1, un système de détection 1 d'un balourd résultant appliqué à une roue 2 reliée au châssis d'un véhicule 2909763 5 automobile par un mécanisme de suspension, embarqué à bord dudit véhicule automobile, comprend des éléments de détermination 3 du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, ainsi qu'un module de calcul 4 d'un balourd résultant appliqué à la roue en 5 fonction des signaux transmis par les éléments de détermination 3 du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension. Le système 1 comprend également un module de filtrage 5 optionnel, permettant de filtrer les signaux transmis par les éléments de détermination 3, pour éliminer les bruits dus aux imperfections de 10 la surface de roulage du pneu de la roue 2. Les éléments de détermination 3 du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension comprennent des éléments de mesure 6 d'informations représentatives du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, et un module d'analyse 7 permettant de déterminer le 15 torseur des efforts de la roue relativement à la suspension à partir des mesures transmises par les éléments de mesure 6. En outre, le système 1 comprend un module d'alerte commandé par le module de calcul 4. Le module d'alerte 8, permet d'alerter le conducteur, ainsi que les passagers du véhicule, 20 Le système décrit s'applique à une roue du véhicule automobile, mais peut, bien entendu, être adapté à une pluralité ou la totalité des roues du véhicule automobile. Les éléments de mesure 6 peuvent, par exemple, comprendre des jauges de contrainte, des capteurs d'ondes acoustiques, ou des 25 capteurs de champ magnétique disposées sur le roulement de la roue, tel que décrit par exemple dans la demande de brevet français FR 2 812 355. En effet, la demande de brevet français FR 2 812 355 divulgue un ensemble comprenant un roulement muni d'au moins une zone de déformation élastique apte à être déformée 2909763 6 sous l'action d'efforts exercés sur l'ensemble. L'ensemble comprend au moins un capteur apte à mesurer lesdits efforts exercés sur l'ensemble, un tel capteur étant associé fonctionnellement à la zone de déformation élastique. Un tel capteur peut être une jauge de 5 contrainte, un capteur d'ondes acoustiques, ou un capteur de champ magnétique. Le module d'analyse 7 est capable de déterminer le torseur des efforts de la roue 2 relativement à la suspension à partir des mesures transmises par les éléments de mesure 6, par exemple selon un procédé 10 décrit dans la demande de brevet français FR 2 839 553. La demande de brevet français FR 2 839 553 divulgue notamment un procédé de calcul des efforts FXW, FyW, FzW appliqués à une interface Q entre un élément tournant et un support sur lequel ledit élément tourne autour d'un axe Y, et la mise en oeuvre de ce procédé au calcul des efforts 15 FXW, FyW, FzW appliqués sur les pneus d'un véhicule automobile, lmedit pneu tournant sur une chaussée. L'élément tournant est associé à la bague tournante d'un roulement de sorte à tourner conjointement à elle. Un ensemble de capteurs fixes sont aptes à délivrer trois signaux indépendants Si, S2 et S3, représentatifs des efforts s'appliquant sur la 20 bague fixe du roulement et qui résultent des efforts FXW, FyW, FzW. Une procédure itérative de traitement prévoit les étapes suivantes : - acquisition des signaux Si, S2 et S3 ; et -résolution du système (S) S;=(A;.FXW) + (B;.FyW) + (C;.FzW) + k; avec 25 i = 1 à 3 de sorte à obtenir les valeurs FXW, FyW, FzW correspondant à chaque acquisition. La procédure d'étalonnage qui est réalisée avant la première itération de la procédure de traitement prévoie les étapes suivantes : - détermination des constantes k; ; et 2909763 7 - application à une interface Qldéterminée de successivement trois efforts F1, F2 et F3 déterminés, de sorte, par acquisition des signaux Si et résolution des systèmes (S) correspondants, à déterminer des paramètres A;, B; et C;. 5 Le module de calcul 4 est capable de détecter des signaux de type pseudo-sinusoïdaux, et plus particulièrement des composantes pseudo-sinusoïdales de ces signaux, d'amplitude et de fréquence dépendant le la vitesse de rotation de la roue. Le procédé de détection mis en oeuvre peut, par exemple, être illustré par la demande de brevet 10 français FR 2 869 980. La demande de brevets français FR 2 869 980 décrit un procédé de détermination de l'amplitude A des déformations pseudo-sinusoïdales d'une zone d'un élément structurel à partir des signaux V, délivrés par au moins deux jauges de contrainte disposées sur ladite zone, les signaux V; dépendant de la déformation subie par 15 la jauge correspondante. On forme au moins deux signaux Si qui dépendent respectivement des variations d'au moins un signal V; émis par les jauges lors de la déformation. On forme, à partir des signaux Si, deux signaux respectivement SIN et COS de même angle et de même amplitude, l'amplitude étant dépendante de A. Enfin, on calcule 20 l'expression SIN2 + COS2 de manière à en déduire l'amplitude A. En effet, si, comme illustré sur la figure 2, la présence d'un ou plusieurs balourds, engendrant un balourd résultant, est modélisée par une masse ponctuelle virtuelle m, située à une distance radiale r de l'axe Y de rotation de la roue, et à une distance e du plan de symétrie 25 vertical de la roue, perpendiculaire à l'axe Y de rotation de la roue. Lorsque l'équilibre statique n'est pas assuré, c'est-à-dire lorsque le centre de gravité de la roue n'est pas aligné sur l'axe Y de rotation de la roue, ou en d'autres termes qu'il n'y a pas une symétrie radiale, la masse de la roue n'est alors pas répartie uniformément. Les 2909763 8 axes X et Z définissent le plan de symétrie vertical de la roue perpendiculaire à l'axe Y de rotation de la roue, l'axe X étant horizontal, et l'axe Z étant vertical. L'hypothèse de répartition cylindrique dans le plan (X, Z) n'est pas applicable. Un effort F 5 s'applique donc selon l'axe radial R avec une intensité m. Lors d'un roulage du véhicule, et donc d'une rotation de la roue, les composantes selon les axes X et Z de l'effort F ne sont pas constants, mais de forme pseudo-sinusoïdale avec une amplitude et une fréquence dépendant de la vitesse de rotation de la roue. 10 Aussi, la présence d'un balourd pour lequel l'équilibre statique de la roue n'est pas assuré implique un effort radial selon l'axe R, d'intensité : F = m.r.w2, w représentant la vitesse de rotation de la roue, en rad/s. 15 Le module de détection 4 d'un balourd résultant apparaissant sur la roue détecte un balourd impliquant un déséquilibre statique de la roue lorsqu'il détecte des composantes selon les axes X et Z de l'effort radial engendré par la masse ponctuelle virtuelle m de forme pseudosinusoïdale. 20 Lorsque l'équilibre dynamique de la roue n'est pas assuré et que l'équilibre statique de la roue est assuré, c'est-à-dire lorsque le centre de gravité se situe sur l'axe Y de rotation de la roue, mais pas au centre de la roue, on suppose que la masse est répartie symétriquement dans le plan (X, Z). En observant le pneumatique de la 25 roue dans la direction de l'axe orienté Y, pour tout déséquilibre massique selon l'axe R radial, il y a un déséquilibre massique équivalent selon l'axe orienté N, dans le sens opposé (-N). L'axe radial R passe par la masse ponctuelle virtuelle m et est perpendiculaire à l'axe Y. L'axe N normal, est perpendiculaire à l'axe 2909763 9 R radial et à l'axe Y. En généralisant à une pluralité de balourds ponctuels, on peut considérer que le barycentre de ces balourds se situe sur l'axe Y de rotation de la roue. Le balourd dynamique résultant est la résultante en couple des 5 efforts exercés par les masses ponctuelles constituant le pneu. Ce couple s'exerce selon l'axe normal N. Si le pneu est un élément de révolution, par effet de symétrie, ce couple est nul. Bien entendu, un pneu réel comprend une portion d'adhérence au sol. Nous observons donc des éléments discrets qui composent la non symétrie du pneu. 10 Pour un élément situé à une distance r de l'axe Y de rotation de la roue et à une distance e du plan de symétrie vertical de la roue, perpendiculaire à l'axe Y de rotation de la roue, l'effort résultant est selon l'axe R radial, d'intensité F = m.r.w2, et le moment où le couple généré résultant est alors d'intensité C = F.e = m.r.e.w2. 15 Lorsque l'équilibre dynamique de la roue n'est pas assuré et que l'équilibre statique est assuré, le couple résultant comprend une composante pseudo-sinusoïdale selon les axes X et Y. Ces composantes pseudo-sinusoïdales peuvent être détectées par le module de détection 4, signifiant la présence d'un balourd résultant. 20 Ainsi, il est possible de détecter la présence d'un balourd résultant apparaissant sur une roue d'un véhicule automobile, à partir du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, lors du roulage du véhicule. De plus, la position de ce balourd sur le pneumatique peut être déterminée plus précisément. I1 est alors 25 possible d'adapter les dispositifs d'assistance embarqués à bord du véhicule en fonction du défaut structurel détecté, et de son niveau de gravité dépendant de l'amplitude des signaux représentatifs du torseur des efforts. 2909763 10 Le module d'alerte permet d'alerter le conducteur de la présence d'un balourd d'une roue du véhicule, afin que celui-ci puisse en tenir compte. On peut, en outre, adapter le niveau de sollicitation d'un 5 pneumatique en fonction de son usure structurelle en couplant un tel système de détection d'un balourd résultant avec des systèmes embarqués d'aide à la conduite, par exemple des systèmes d'aide au freinage, d'aide au braquage et de gestion du fonctionnement des suspensions. Lorsqu'une anomalie est détectée sur un pneumatique, 10 une information indiquant le pneumatique et la zone du pneumatique concernée, est envoyée au réseau de communication du véhicule. Les dispositifs embarqués d'aide à la conduite peuvent alors adapter leurs actions afin de moins solliciter le pneu endommagé. L'invention permet donc notamment d'améliorer la sécurité des 15 passagers du véhicule. REVENDICATIONS 1. Système de détection (1) d'un balourd résultant d'une roue (2) reliée au châssis d'un véhicule automobile par un mécanisme de suspension, ledit système (1) étant embarqué à bord dudit véhicule automobile et comprenant des moyens de détermination (3) du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul (4) d'un balourd résultant de la roue, en fonction des signaux transmis par lesdits moyens de détermination (3) du torseur des efforts de la roue (2) relativement à la suspension. 2. Système (1) selon la revendication 1, comprenant, en outre, des moyens d'alerte (8) pour alerter le conducteur de la présence d'un balourd résultant. 3. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de calcul (4) d'un balourd résultant sont adaptés pour reconnaître un signal de type pseudo-sinusoïdal d'amplitude et de fréquence dépendant de la vitesse de rotation de la roue (2), représentatif de la présence d'un balourd résultant, ledit signal étant transmis par lesdits moyens de détermination (3) du torseur des efforts. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de détermination (3) du torseur des efforts de la roue (2) relativement à la suspension comprennent des moyens de mesure (6) d'informations représentatives du torseur des efforts de la roue relativement à la suspension, et des moyens d'analyse (7) pour déterminer ledit torseur des efforts de la roue relativement à la suspension à partir desdites mesures transmises par lesdits moyens de mesure (6). 2909763 12 5. Système selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de mesure (6) comprennent au moins une jauge de contrainte disposée sur le roulement de la roue (2). 6. Système selon la revendication 4, dans lequel lesdits 5 moyens de mesure (6) comprennent au moins un capteur d'ondes acoustiques de surface ou au moins un capteur de champ magnétique. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant, en outre, des moyens de filtrage (5) des signaux transmis par lesdits moyens de détermination (3) du torseur des efforts de la 10 roue (2) relativement à la suspension, pour réduire les bruits dus aux imperfections de la surface de roulage de la roue (2). 8. Système selon la revendication 7, dans lequel, ledit balourd résultant étant modélisé par une masse ponctuelle virtuelle, lesdits paramètres comprennent la distance radiale séparant ladite 15 masse ponctuelle virtuelle et l'axe (Y) de rotation de la roue (2), et la distance séparant ladite masse ponctuelle virtuelle et le plan (X,Z) de symétrie vertical de la roue (2), perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue (2). 9. Procédé de détection d'un balourd résultant d'une roue 20 (2) reliée au châssis d'un véhicule automobile par un mécanisme de suspension, dans lequel on détermine le torseur des efforts de la roue (2) relativement à la suspension, caractérisé en ce que l'on calcule un balourd résultant appliqué à la roue (2) en fonction des signaux transmis lors de ladite détermination du torseur des efforts de la roue 25 (2) relativement à la suspension. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on alerte le conducteur de la présence d'un balourd résultant.