Brevet FR2912083A1 — publié le 20080808

B06-2611 FR Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé de commande en boucle ouverte d'un système antiroulis actif par typage de la vitesse en lacet d'un véhicule basé sur un modèle non linéaire deux roues. Invention de : MONTI Alessandro POTHIN Richard Système et procédé de commande en boucle ouverte d'un système antiroulis actif par typage de la vitesse en lacet d'un véhicule basé sur un modèle non linéaire deux roues. L'invention concerne le domaine des systèmes de stabilisation d'un véhicule automobile et les systèmes de modélisation de la stabilité d'un véhicule automobile. Les véhicules automobiles actuels sont équipés de système d'aide à la conduite agissant à la fois sur la sécurité du véhicule et de ses occupants et sur le confort de conduite. Les systèmes antiroulis actifs permettent de contrôler le comportement en lacet du véhicule, participant à améliorer le confort de conduite et la précision de la trajectoire dans des situations impliquant de brusques variations de la vitesse de lacet. Le document EP 0 827 852 décrit un système et un procédé pour améliorer la stabilité d'un véhicule muni de deux actionneurs anti-roulis. Ce document propose de déterminer la vitesse et l'angle de braquage du véhicule, puis de déterminer le taux de variation théorique de l'angle de lacet et de comparer ce taux de variation théorique de l'angle de lacet au taux de variation de l'angle de lacet effectivement perçu par le véhicule. L'écart entre les valeurs théoriques et effectives du taux de lacet et la valeur de l'angle de braquage ainsi que la valeur de l'accélération latérale permettent de déterminer l'ampleur de la correction du couple antiroulis et sa répartition entre le train avant et arrière. Le calcul du taux de variation théorique de l'angle de lacet est réalisé en boucle fermée d'après un modèle linéaire. Un système utilisant un tel calcul ne peut contrôler simultanément le roulis et la vitesse de lacet du véhicule. L'invention a pour objet un système et un procédé de commande d'un système antiroulis actif, à un ou deux trains, pour un véhicule automobile permettant d'améliorer le contrôle du comportement en lacet d'un tel véhicule. L'invention a également pour objet un procédé de commande d'un système antiroulis actif basé sur un modèle non linéaire deux roues. Dans un mode de réalisation, on définit un procédé de commande d'un système antiroulis actif pour un véhicule, comprenant une détermination de la vitesse de lacet désirée et une détermination du couple antiroulis en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet estimée et la vitesse de lacet désirée, et le procédé de commande détermine la vitesse de lacet estimée à partir d'un modèle non linéaire à deux roues afin de déterminer la consigne de couple antiroulis à appliquer par les actionneurs en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet estimée et la vitesse de lacet désirée. La vitesse de lacet désirée peut être déterminée à partir d'un modèle deux roues non linéaire en fonction des informations d'entrée. On peut estimer la différence entre la vitesse de lacet désirée et la vitesse de lacet estimée et on détermine un coefficient de report de charge en fonction des informations d'entrée. Le procédé de commande détermine les couples antiroulis à appliquer aux barres de stabilisation en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet désirée et la vitesse de lacet estimée. Le procédé de commande utilise une boucle de calcul, dont les entrées sont la vitesse de lacet désirée et le coefficient de report de charge à erreur nulle. Le coefficient de report de charge à erreur nulle permet d'initialiser la boucle de calcul. La boucle de calcul permet de déterminer la vitesse de lacet estimée et les couples antiroulis. La vitesse de lacet est estimée d'après un modèle physique non linéaire, permettant de tenir compte des comportements statiques et dynamiques. La non linéarité permet de prendre en compte l'influence de la répartition de charge entre les trains avant et arrière sur la vitesse de lacet du véhicule. Un signal de remise à zéro du calcul de la correction du coefficient de report de charge peut être émis si les informations d'entrée se situent hors du domaine de fonctionnement du véhicule dans lequel la correction antiroulis influence la vitesse de lacet désirée. La remise à zéro du calcul de la correction du coefficient de report de charge permet d'éviter de calculer des consignes couples antiroulis qui n'auraient pas d'effet sur la situation en cours. Ainsi, le système antiroulis n'est actif que dans les situations où il a un effet, le système redevenant passif dans les autres cas. Cela permet également d'éviter d'appliquer une correction pouvant engendrer un comportement inattendu du véhicule du point de vue du conducteur. La valeur du coefficient de report de charge peut être saturée à la valeur d'un coefficient de report de charge d'un véhicule passif si la valeur du coefficient de report de charge est supérieure à la valeur d'un coefficient de report de charge d'un véhicule passif. Dans un tel procédé, au moins un couple antiroulis à appliquer à un train peut être déterminé en fonction du coefficient de report de charge. La vitesse de lacet estimée peut être déterminée d'après un modèle non linéaire permettant d'estimer les forces latérales exercées sur le véhicule à partir du coefficient de report de charge et des informations d'entrée. Les informations d'entrée peuvent comprendre au moins l'une des grandeurs suivantes, la vitesse du véhicule, l'angle de braquage, le couple antiroulis total, l'accélération longitudinale et l'accélération latérale Selon un autre aspect de l'invention, on définit un système de commande d'un organe antiroulis actif pour un véhicule, comprenant un module de calcul recevant sur ses entrées des signaux provenant d'un module de mesure capable de déterminer les paramètres de roulage du véhicule, notamment la vitesse du véhicule, l'angle de braquage, le couple antiroulis total, l'accélération longitudinale et l'accélération latérale. Le module de calcul émet sur ses sorties des signaux de commande à destination des actionneurs de couple antiroulis avant et arrière. Le module de calcul peut comprendre un module de détermination de la vitesse de lacet désirée, un module de détermination de la vitesse de lacet estimée à partir d'un modèle non linéaire à deux roues, un module d'estimation de la correction du coefficient de report de charge, un module de limitation du domaine de fonctionnement du module d'estimation de la correction du coefficient de report de charge, un module de saturation du coefficient de report de charge, un module d'estimation des couples antiroulis. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre un système de commande selon un aspect de l'invention ; et - la figure 2 est un schéma synoptique des principales étapes du procédé de commande. Sur la figure 1, un module 1 de mesure comprend un capteur la de mesure de la vitesse du véhicule, un capteur lb de mesure de l'angle de braquage, un capteur 1c de mesure de l'accélération longitudinale, un capteur ld de mesure de l'accélération latérale et un capteur le de mesure du couple antiroulis total utilisé notamment pour des systèmes antiroulis à deux trains. Le système de commande comprend un module de détermination 3 de la vitesse de lacet désirée recevant sur ses entrées des signaux provenant du capteur la de mesure de la vitesse du véhicule par la liaison 9b et du capteur lb de mesure de l'angle de braquage par la liaison 9a. Le module de détermination 3 de la vitesse de lacet désirée est connecté par au moins une de ses sorties par l'intermédiaire d'une liaison 15 à un premier additionneur 17. Le premier additionneur 17 est relié par une sortie 17a à un module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge. Le module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge est relié par au moins une de ses sorties à un deuxième additionneur 21 par une connexion 18. Une dérivation 16 de la connexion 15 est connectée en entrée d'un module de limitation 5 du domaine de fonctionnement du module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge. Une dérivation 10 de la connexion 9 est également connectée à une des entrées du module de limitation 5 du domaine de fonctionnement du module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge. Une connexion 11 relie le module de limitation 5 au capteur 1c de mesure de l'accélération longitudinale et une connexion 12 relie le module de limitation 5 au capteur 1d de mesure de l'accélération latérale. Le module de limitation 5 est relié par au moins une de ses sorties au module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge par la connexion 19 et par au moins une de ses sorties au deuxième additionneur 21 par la connexion 20. Le deuxième additionneur 21 est relié par une connexion 21a à un module de saturation 6 du coefficient de report de charge. Le module de saturation 6 du coefficient de report de charge est connecté par au moins une de ses sorties à un module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée par la connexion 22. Une dérivation 23 de la connexion 22 est reliée en entrée d'un module d'estimation 7 des couples antiroulis. Le module d'estimation 7 des couples antiroulis est connecté par ses entrées au capteur le de mesure du couple antiroulis total par la connexion 13 et au capteur 1d de mesure de l'accélération latérale par la dérivation 14 de la connexion 12. Le module d'estimation 7 des couples antiroulis émet par la connexion 24 une consigne de couple antiroulis pour le train avant et par la connexion 25 une consigne de couple antiroulis pour le train arrière. Le module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée est connecté à un capteur la de mesure de la vitesse du véhicule par une connexion 26, à un capteur lb de mesure de l'angle de braquage par une connexion 27 et à un capteur 1c de mesure de l'accélération longitudinale par une connexion 27. Le module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée est connecté par au moins une de ses sorties par l'intermédiaire d'une connexion 29 au premier additionneur 17. Le module de détermination 3 de la vitesse de lacet désirée reçoit les valeurs de la vitesse du véhicule v et de l'angle de braquage a. A partir de ces valeurs, le module de détermination 3 de la vitesse de lacet désirée détermine la vitesse de lacet désirée modèle deux roues décrit par les relations suivantes : d'après un d 6 dtyr a D1112 + D2122 D212 ûDili vIz Iz -l+ D2l2 -D111 - D1 ûD2 mv2 mv_Dlll_ 'z D1 mv Avec D1= rigidité de dérive des pneus avant D2= rigidité de dérive des pneus arrière 11 = distance du centre de gravité de l'essieu avant 12 = distance du centre de gravité de l'essieu arrière m = masse du véhicule v = vitesse du véhicule 6 = angle de dérive du véhicule a = angle de braquage des roues avant Iz = inertie de la caisse du véhicule autour de son axe de lacet yr = vitesse angulaire de lacet de la caisse du véhicule I1 est possible de considérer une relation quasi statique en prenant 6 = 0. Le module de limitation 5 détermine un coefficient de charge à erreur nulle d'après la modélisation physique du véhicule. Ce coefficient reflète à la fois le comportement du véhicule prédit par la physique et permet d'initialiser la boucle de contre-réaction formée par le module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge, le module de saturation 6 du coefficient de report de charge et le module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée alors que le premier additionneur 17 en amont du module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge ne peut réaliser de calcul par défaut de signal sur son entrée négative. Ainsi, la boucle de contre-réaction travaille à partir d'une valeur d'un coefficient de report de charge déjà proche de la réalité, minimisant les temps de calcul, les temps de réponse et les risques d'erreur. Simultanément le module de limitation 5 reçoit les valeurs de la vitesse du véhicule, de l'accélération latérale, de l'accélération longitudinale et de la vitesse de lacet désirée calculée par le module de détermination 3 de la vitesse de lacet désirée. A partir de ces valeurs, le module de limitation 5 détermine si le véhicule se situe dans un domaine où le système antiroulis peut avoir une influence. Si ce n'est pas le cas, le module de limitation 5 émet une commande de remise à zéro en direction du module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge afin d'arrêter le calcul de la correction du coefficient de report de charge. En parallèle, le premier additionneur 17 retranche la vitesse de lacet estimée de la vitesse de lacet désirée, et envoie le résultat en entrée du module d'estimation 4 de la correction du coefficient de report de charge. La correction du coefficient de report de charge et le coefficient de report de charge à erreur nulle sont sommés et envoyés en tant que coefficient de report de charge en entrée du module de saturation 6 du coefficient de report de charge. Le module de saturation 6 du coefficient de report de charge vérifie que le coefficient de charge envoyé en entrée du module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée est inférieur au coefficient de report de charge d'un véhicule passif. Par véhicule passif, on entend un véhicule sans système de stabilisation antiroulis. Ainsi, un véhicule pourvu d'un système antiroulis est assuré d'être plus stable qu'un véhicule qui en serait dépourvu, quel que soit le résultat du calcul. Le coefficient de report de charge saturé ks est transmis au module d'estimation 7 des couples antiroulis et au module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée. Le module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée calcule la charge sur chaque roue. F11= m (glzùYih)ùm'Y,(1ùks) 2L = 2L (glz ùYih) + meYt (1ù ks ) i m m z2 = 2L (glz +Yih) ù eYt ks z z22 = 2L (glz +Y1h)+ meYt ks Et en déduit les forces latérales : Fi _ ù~ (P4(Fl)+P4(Fz)) Avec L = empattement du véhicule constante de gravitation accélération latérale accélération longitudinale hauteur du centre de gravité du véhicule par rapport au sol entre les deux roues avant entre les deux roues arrière ks = report de charge du véhicule actif après saturation 8, = angle de dérive de la roue P4= polynôme d'ordre 4 Par injection dans le modèle suivant, le module de détermination 8 de la vitesse de lacet estimée peut estimer Y,. mv(8 +yr) = F~ + Fyz Izyl = lFi - lzFz La vitesse de lacet estimée est alors envoyée en entrée du premier additionneur 17. 20 Parallèlement, le module d'estimation 7 des couples antiroulis reçoit les valeurs du couple antiroulis total Ct et de l'accélération transversale yt en plus du coefficient de report de charge saturé ks et en déduit les couples à appliquer au train avant Cal et au train arrière Ca2 par les équations suivantes F12 15 g= Yt = Y, = h= el = distance e2 = distance Si des barres antiroulis actives équipent les trains avant et arrière, on a : Cal = (1-kp)*Ct + (ks-kp)*m*h*yt Ca2 = kp*Ct - (ks-kp)*m*h*yt Si des barres antiroulis actives équipent le train avant seul, on Cal = (ks-kp)*m*h*yt/kp 10 Si des barres antiroulis actives équipent le train arrière seul, on a: Ca2 = (ks-kp)*m*h*yt/(l-kp) Avec kp= coefficient de rapport de charge d'un véhicule passif 15 La figure 2 montre les principales étapes du procédé de commande. Le procédé commence à l'étape 30 par une acquisition des données d'entrée. A l'étape 31, le système de commande estime la vitesse de lacet désirée d'après les données d'entrée. 20 Parallèlement à l'étape 32, le système de commande estime le domaine de validité du calcul PID et le système de commande calcule un coefficient de report de charge pour une valeur de distribution à erreur nulle. A l'étape 33, le système de commande estime une correction du 25 coefficient de report de charge, notamment par une méthode PID avec une saturation du terme intégral, connu également sous le terme de dispositif anti-windup , d'après la vitesse de lacet désirée et la vitesse de lacet estimée. Un signal provenant de l'étape 32 stoppe le calcul si les données d'entrée sont hors du domaine d'effet de la 30 correction antiroulis. A l'étape 34, le système de commande sature le coefficient de report de charge, résultat de la somme du coefficient de report de charge pour une valeur de distribution à erreur nulle qui est la valeur a: d'un coefficient de report de charge pour un même véhicule passif, et de la correction du coefficient de report de charge A l'étape 35, le système de commande utilise le coefficient de report de charge saturé pour estimer la vitesse de lacet estimée d'après un modèle mathématique non linéaire. La vitesse obtenue est comparée avec la vitesse de lacet désirée à l'étape 33. Le système de commande estime également la correction du coefficient de report de charge. Parallèlement, à l'étape 36, le système de commande détermine les consignes de couple antiroulis d'après le coefficient de report de charge saturé. Les consignes de couple avant et arrière sont alors émises vers les organes concernés. Le système et le procédé de commande d'un système antiroulis permettent de déterminer les commandes de couple d'un système de stabilisation antiroulis d'après un nombre limité de mesures. La détermination des commandes de couple du système antiroulis est basée sur l'estimation de la vitesse de lacet d'après un modèle non linéaire. Le procédé de commande est de type boucle ouverte ce qui permet une plus grande réactivité du calcul. Le nombre limité de capteurs nécessaires aux mesures d'entrée combiné à la facilité d'accès de ces mesures permettent de concilier coût et performances. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un système antiroulis actif pour un véhicule caractérisé par le fait que le procédé de commande comprend une détermination de la vitesse de lacet désirée et une détermination du couple antiroulis en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet estimée et la vitesse de lacet désirée, et une détermination de la vitesse de lacet estimée à partir d'un modèle non linéaire à deux roues afin de déterminer la consigne de couple antiroulis à appliquer par les actionneurs en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet estimée et la vitesse de lacet désirée. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la vitesse de lacet désirée est déterminée à partir d'un modèle deux roues non linéaire en fonction des informations d'entrée. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le système de commande estime la différence entre la vitesse de lacet désirée et la vitesse de lacet estimée et le système de commande détermine une correction du coefficient de report de charge en fonction des informations d'entrée. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel un signal de remise à zéro du calcul de la correction du coefficient de report de charge est émis si les informations d'entrée se situent hors du domaine de fonctionnement du véhicule dans lequel la correction antiroulis influence la vitesse de lacet désirée. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la valeur du coefficient de report de charge est limitée à la valeur d'un coefficient de report de charge d'un véhicule passif si la valeur du coefficient de report de charge est supérieure à la valeur d'un coefficient de report de charge d'un véhicule passif. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel au moins un couple antiroulis à appliquer à un train est déterminé en fonction du coefficient de report de charge. 7. Procédé selon la revendication 5 dans lequel la vitesse de lacet estimée est déterminée d'après un modèle non linéaire permettant d'estimer les forces latérales exercées sur le véhicule à partir du coefficient de report de charge et des informations d'entrée. 8. Procédé dans lequel les informations d'entrée comprennent au moins l'une des grandeurs suivantes, la vitesse du véhicule, l'angle de braquage, le couple antiroulis total, l'accélération longitudinale et l'accélération latérale 9. Système de commande d'un organe antiroulis actif pour un véhicule, caractérisé par le fait qu'il comprend un module de calcul (2) comprenant un module de détermination (3) de la vitesse de lacet désirée, et un module de détermination (8) de la vitesse de lacet estimée à partir d'un modèle non linéaire à deux roues, le module de calcul (2) recevant sur ses entrées des signaux provenant d'un module (1) de mesure capable de déterminer des paramètres de roulage du véhicule, le module de calcul (2) étant capable de déterminer la consigne de couple antiroulis à appliquer par les actionneurs en fonction de l'écart entre la vitesse de lacet estimée et la vitesse de lacet désirée, et d'émettre sur ses sorties des signaux de commande à destination des actionneurs de couple antiroulis avant et arrière. 10. Système de commande selon la revendication 9 dans lequel le module de calcul (2) comprend notamment un module d'estimation (4) de la correction du coefficient de report de charge, un module de limitation (5) du domaine de fonctionnement du module d'estimation (4) de la correction du coefficient de report de charge, un module de saturation (6) du coefficient de report de charge, un module d'estimation (7) des couples antiroulis.