Brevet FR2920047A3 — publié le 20090220

FR 2920047 A3 20090220 FR 0705836 A 20070813 .R442.12FR.45 DA CK dep 1 L'invention concerne un procédé d'estimation / de détermination de la pente d'une route à partir d'un véhicule automobile, pour la mise en oeuvre d'un procédé de pilotage du véhicule automobile, ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé d'estimation. Enfin, elle concerne un véhicule automobile en tant que tel équipé d'un tel dispositif permettant la détermination de la pente de la route. Une première solution existante consiste à utiliser un capteur appelé inclinomètre, placé dans l'axe longitudinal du véhicule afin de mesurer la pente de la route. Une telle solution est très limitée car ne fonctionne bien qu'à l'arrêt du véhicule. Elle ne permet donc pas des applications dans des systèmes de pilotage du véhicule. Pour pallier à cet inconvénient, une première famille de solutions de l'état de la technique prévoit des calculs possibles pendant le déplacement du véhicule, basés sur une comparaison entre l'accélération réelle du véhicule et l'accélération mesurée par un accéléromètre. La différence entre ces deux valeurs permet d'en déduire une valeur de la pente. Le document EP0689116 exploite par exemple cette approche, en calculant l'accélération réelle par la dérivée de la vitesse, elle-même calculée comme la moyenne des vitesses de rotation des roues non motrices, ces dernières étant mesurées par un capteur adéquat. L'accélération est de plus mesurée par un capteur positionné au milieu du train arrière. Ce procédé de calcul utilise toutefois des estimations qui restreignent le domaine de validité du calcul. Le document US5925087 propose une autre solution basée sur un 30 principe similaire en mixant deux approches. La deuxième approche .R442.12FR.45 DA CK dep 2 utilisant une estimation du couple moteur transmis aux roues pour estimer les efforts longitudinaux aux roues. Elle ne permet toutefois pas d'obtenir un bon résultat dans les phases de freinage ou sur mauvaise route comme mentionné dans le brevet. De plus, l'influence du braquage des roues n'est pas prise en compte, ce qui fausse l'estimation. Le document FR2884311 décrit une autre approche basée notamment sur la connaissance des efforts verticaux subis au niveau des pneus et sur l'accélération longitudinale du véhicule. Toutefois, cette méthode néglige certains phénomènes dynamiques comme l'accélération de lacet, de roulis et de tangage. Le résultat obtenu n'est ainsi fiable que dans les phases stabilisées de conduite du véhicule. De même, la négligence de l'accélération verticale du véhicule donne une estimation dégradée sur mauvaise route. Les valeurs de pente et dévers de la route sont exploitées dans différentes applications nécessitant une très grande précision, en toutes circonstances. Il existe donc un besoin d'un procédé de mesure amélioré de la pente d'une route depuis un véhicule automobile, ce qui est l'objet de la présente invention. Pour cela, l'invention propose un procédé d'estimation de la pente de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure des efforts longitudinaux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule et de connaissance/estimation de l'accélération longitudinale réelle du véhicule, ces informations étant des données d'entrée essentielles pour le calcul de la pente. .R442.12FR.45 DA CK dep 3 Le procédé peut de plus comprendre une étape de mesure des efforts latéraux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule et la prise en compte de cette mesure comme une donnée d'entrée essentielle pour le calcul de la pente, pour des calculs précis de la pente dans des situations de déplacement qui ne sont ni en ligne droite ni à faible accélération transversale. Les efforts longitudinaux et éventuellement latéraux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule peuvent être mesurés 10 directement par un capteur d'efforts. Le calcul de la pente peut reposer sur l'application du principe fondamental de la dynamique en résolvant directement l'équation obtenue par la projection sur un axe correspondant à la direction longitudinale du 15 véhicule des composantes du poids, de la force aérodynamique et des efforts longitudinaux et éventuellement latéraux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues. Ce procédé peut de plus prendre en compte la force supplémentaire de 20 résistance au roulement, exprimée comme un polynôme d'ordre deux fonction de la vitesse du véhicule et de l'adhérence. De plus, le procédé d'estimation de la pente de la route peut comprendre en outre les mesures préalables de l'angle de braquage de tout ou partie 25 des roues, une estimation de la masse du véhicule, et une estimation de la vitesse longitudinale. Le procédé d'estimation de la pente de la route peut comprendre le calcul de la pente 6p par la formule suivante : 30 sin(0) = [m ax + 0.5 pair S Cx vx2 - E roues (Fxl;~ cos (80 - Fylu sin (U]/ mg i; .R442.12FR.45 DA CK dep 4 où S est la surface frontale projetée du véhicule, Cx le coefficient de pénétration dans l'air, pair la densité de l'air. Le procédé de calcul peut être simplifié en négligeant l'effort latéral et l'angle de braquage des roues arrière pour les véhicules pour lesquels le braquage des roues arrière est impossible ou faible. Le procédé d'estimation de la pente de la route présenté ci-dessus peut comprendre une étape de calcul supplémentaire reposant sur un traitement du signal ainsi généré pour délivrer la valeur finale de l'estimation de la pente, les traitements du signal pouvant être parmi un filtrage passe-bas, une moyenne sur un horizon donné, la vérification de cohérence de l'information délivrée par rapport à des gradients de pente possibles de la route afin d'éliminer d'éventuels points incohérents. Le procédé peut aussi comprendre une étape de calcul du dévers de la route à partir de la valeur de la pente et en application du principe fondamental de la dynamique. L'invention repose aussi sur un procédé de pilotage d'un véhicule automobile, comme le contrôle du moteur ou du freinage ou d'autres systèmes actifs (braquage, suspension...), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes. L'invention repose aussi sur un dispositif pour l'estimation de la pente de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de mesure des efforts longitudinaux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule, un second moyen de mesure/estimation de l'accélération longitudinale réelle' .R442.12FR.45 DA CK dep 5 du véhicule, et un troisième moyen de calcul de la pente en fonction des deux informations précédentes. Le premier moyen peut être de plus apte à la mesure des efforts latéraux exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule. Il peut comprendre au moins un capteur d'efforts. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un moyen de mise en oeuvre d'un procédé d'estimation de la pente de la route. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux du dispositif selon l'invention ; la figure 2 représente les variables de repérage dans l'espace d'un 20 véhicule sur une route en pente. Le dispositif selon l'invention repose sur un premier bloc 1 consistant en des capteurs d'efforts, comme par exemple un capteur tel que décrit dans la Demande de brevet WO2005121733, permettant de mesurer 25 directement les efforts longitudinaux et latéraux s'exerçant sur les roues. Cette mesure peut se faire au niveau des cages de roulement, ce qui permet par reconstruction d'en déduire les efforts au pied de roue, par des calculateurs et des procédés qui ne font pas l'objet de la présente invention. Ce premier bloc permet donc de connaître les composantes Fx1 30 et Fyl de la force FI exercée par la chaussée sur chaque roue dans le .R442.12FR.45 DA CK dep 6 premier repère R1 lié à chaque roue, représentant respectivement les efforts longitudinaux, c'est à dire dans une direction xl parallèle au sens de déplacement de la roue, perpendiculaire à son axe de rotation propre sur le véhicule, et les efforts latéraux, c'est à dire dans une direction yl transversale à la direction xl, parallèle à son axe de rotation propre. Cette force peut s'écrire F1 = [Fxl ; Fyl ; Fzl]. Ensuite, le dispositif comprend un second bloc 2 qui a pour fonction d'estimer certaines valeurs dynamiques du véhicule. Pour cela, ce bloc 2 comprend un premier moyen pour connaître l'accélération longitudinale réelle ax du véhicule. Ce moyen peut comprendre un capteur de l'accélération longitudinale réelle, ou ce moyen peut consister en un calculateur qui déduit cette valeur sur la base d'autres mesures, tel qu'en dérivant la vitesse longitudinale du véhicule. Dans ce cas, cette dernière doit être de bonne qualité, estimée par exemple grâce à un dispositif de type GPS ou des capteurs de vitesse de roue. Le bloc 2 comprend un second moyen de mesure de l'angle de braquage bij de chacune des quatre roues. Pour les roues avant, cet angle peut être estimé à partir de la mesure de l'angle du volant. Pour les roues arrière, cet angle peut être mesuré par un capteur ou estimé à partir de requêtes envoyées au système piloté de braquage des roues arrière. Le bloc 2 comprend un troisième moyen d'estimation de la masse m du véhicule. Pour cela, tout moyen connu pourra être utilisé, comme par exemple un calcul sur la base de la mesure d'efforts verticaux à partir de capteurs d'efforts verticaux. Enfin, le bloc 2 comprend un quatrième moyen d'estimation de la vitesse longitudinale vx, pour son utilisation dans l'estimation de l'effort aérodynamique. Pour cela, la précision requise pour cette estimation est inférieure à l'estimation recherchée pour la pente de la route. .R442.12FR.45 DA CK dep 7 Les blocs 1 et 2 sont reliés à un calculateur 4 qui met en oeuvre un procédé de calcul 3 sur la base des données explicitées précédemment pour obtenir en sortie 5 la valeur de la pente 6p, qui représente l'angle entre un plan horizontal et la direction longitudinale du véhicule, comme illustré sur la figure 2. Le procédé d'estimation de la pente, après les étapes d'obtention des différentes données d'entrée du calcul, rappelées ci-dessus, met en oeuvre les étapes suivantes : Première étape : transposition de la force FI connue dans le repère RI précisé ci-dessus en la force F2 dans le repère R2, lié au véhicule, et centré au centre de gravité G du véhicule, la direction x2 correspondant à la direction longitudinale du véhicule, la direction y2 à sa direction transversale et la direction z2 à la direction verticale, selon les calculs suivants de changement de repère tenant compte de l'angle de braquage : Fx2u = Fxlu cos (8,) - Fy1u sin (8,) Fy2,j = Fxl,i sin (8,j) + Fylu cos (8;e) pour chaque roue (ij) Fz2u = Fzlu Seconde étape : application du principe fondamental de la dynamique dans le référentiel R2 non galiléen. La composante sur l'axe longitudinal x2 de l'équation selon ce principe nous permet d'obtenir l'équation suivante, dans laquelle la somme des forces, c'est à dire la somme du poids, de la force aérodynamique (Faero), et des forces exercées par la chaussée sur chaque roue, est égale à la masse multipliée par l'accélération ax, accélération réelle du véhicule obtenue par exemple comme la dérivée filtrée de la vitesse longitudinale du véhicule : .R442.12FR45 DA CK dep 8 0 = - m ax + mg sin(8) + Faero + roues (Fxl ij cos (8ij) - Fylij sin (8ij) ) ij Troisième étape : résolution de l'équation précédente, en précisant la force Faero selon la formule : Faero = -0.5 pair S Cx vx2 Où S est la surface frontale projetée du véhicule, Cx le coefficient de pénétration dans l'air, pair la densité de l'air. On obtient donc la valeur de la pente par la formule ci-dessous : sin(ep) = [m ax + 0.5 pair S Cx vx2 - E roues (Fx1 ij cos (8ij) - Fylii sin (8ij ))]/ mg ij Le calculateur 4 met en oeuvre ce procédé en permanence, dès que les données d'entrée sont disponibles. Selon une première variante de mise en oeuvre de ce procédé, il est 15 possible de tenir compte d'une force supplémentaire pour l'application du principe fondamental de la dynamique, qui est la force de résistance au roulement, qui peut être exprimée comme un polynôme d'ordre deux fonction de la vitesse du véhicule et de l'adhérence. 20 Selon une seconde variante, le procédé peut mettre en oeuvre une ultime étape de calcul reposant sur un traitement du signal ainsi généré pour délivrer la valeur finale de l'estimation de la pente. Les traitements possibles sont : un filtrage passe-bas, une moyenne sur un horizon donné, la vérification de cohérence de l'information délivrée par rapport à des 25 critères de variation de la pente, comme des gradients de pente possibles de la route afin d'éliminer d'éventuels points incohérents. Selon une autre variante de réalisation, dans le cas des véhicules non équipés d'un système de braquage des roues arrière, le procédé peut être10 .R442.12FR.45 DA CK dep 9 simplifié en négligeant la contribution de l'effort latéral au train arrière dans l'estimation de la pente en supprimant le second moyen de mesure de l'angle de braquage des roues arrière du bloc 2 et le moyen de mesure d'effort latéral au niveau des roues arrière. Selon une autre variante de réalisation, le procédé peut comprendre une étape initiale supplémentaire consistant en la détection d'une situation particulière de ligne droite ou de faible accélération transversale, par la détection d'une faible accélération latérale, d'une faible vitesse de lacet et de faible braquage des roues. Lorsque cette situation particulière est détectée, les étapes du procédé sont simplifiées en négligeant les angles de braquage des roues, ce qui élimine la nécessité de mesurer les efforts latéraux. Le calculateur 4 peut aussi mettre en oeuvre un calcul du dévers par un procédé similaire et complémentaire en exploitant le principe fondamental de la dynamique dans le référentiel R2 non galiléen, dont la composante sur l'axe transverse y2 intègre la valeur du dévers. Finalement, la solution atteint bien les objets recherchés et permet d'obtenir une valeur précise de la pente et éventuellement le dévers dans toutes les circonstances d'utilisation du véhicule, même dans des situations où une roue patine, la route est de mauvaise qualité... Ces valeurs sont ensuite exploitées par des systèmes pilotés embarqués au sein d'un véhicule automobile pour améliorer le comportement et le confort du véhicule. La pente est par exemple utilisée pour améliorer la qualité du contrôle moteur ou du contrôle des freins. Revendications 1. Procédé d'estimation de la pente (Or) de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure des efforts longitudinaux (Fxl) exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule et de connaissance/estimation de l'accélération longitudinale réelle (ax) du véhicule, ces informations étant des données d'entrée essentielles pour le calcul de la pente. 2. Procédé d'estimation de la pente de la route selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de mesure des efforts latéraux (Fyl) exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule et la prise en compte de cette mesure comme une donnée d'entrée essentielle pour le calcul de la pente, pour des calculs précis de la pente dans des situations de déplacement qui ne sont ni en ligne droite ni à faible accélération transversale. 3. Procédé d'estimation de la pente de la route selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les efforts longitudinaux (Fxl) et éventuellement latéraux (Fyl) exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule sont mesurés directement par un capteur d'efforts. 4. Procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calcul de la pente (en) repose sur l'application du principe fondamental de la dynamique en résolvant directement l'équation obtenue par la projection sur un axe (x2) correspondant à la direction longitudinale du véhicule des composantes du poids, de la force aérodynamique (Faero) et des efforts longitudinaux (Fxl) et éventuellement latéraux (Fyl) exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues..R442.12FR45 DA CK dep 11 5. Procédé d'estimation de la pente de la route selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il prend en compte la force supplémentaire de résistance au roulement, exprimée comme un polynôme d'ordre deux fonction de la vitesse du véhicule et de l'adhérence. 6. Procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les mesures préalables de l'angle de braquage (ô) de tout ou partie des roues, une estimation de la masse (m) du véhicule, et une estimation de la vitesse longitudinale (vx). 7. Procédé d'estimation de la pente de la route selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend le calcul de la pente (Op) par la formule suivante : sin(9p) = [m ax + 0.5 pair S Cx vx2 - E roues (Fx 1u cos (8,i ) - Fyl;i sin (8;; ))]/ mg où S est la surface frontale projetée du véhicule, Cx le coefficient de pénétration dans l'air, pair la densité de l'air. 8. Procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend la simplification du procédé d'estimation en négligeant l'effort latéral et l'angle de braquage des roues arrière pour les véhicules pour lesquels le braquage des roues arrière est impossible ou faible. 9. Procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul supplémentaire reposant sur un traitement du signal ainsi généré pour délivrer la valeur finale de l'estimation de la pente, les traitements du2.R442.12FR.45 DA CK dep 12 signal pouvant être parmi un filtrage passe-bas, une moyenne sur un horizon donné, la vérification de cohérence de l'information délivrée par rapport à des gradients de pente possibles de la route afin d'éliminer d'éventuels points incohérents. 10. Procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de calcul du dévers de la route à partir de la valeur de la pente et en application du principe fondamental de la dynamique. 10 11. Procédé de pilotage d'un véhicule automobile, comme le contrôle du moteur ou du freinage ou d'autres systèmes actifs (braquage, suspension...), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications 15 précédentes. 12. Dispositif pour l'estimation de la pente (en) de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen (1) de mesure des efforts longitudinaux (Fxl) exercés par 20 la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule, un second moyen (2) de mesure/estimation de l'accélération longitudinale réelle (ax) du véhicule, et un troisième moyen (4) de calcul de la pente en fonction des deux informations précédentes. 25 13. Dispositif pour l'estimation de la pente (en) de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier moyen (1) est de plus apte à la mesure des efforts latéraux (Fyl) exercés par la chaussée sur tout ou partie des roues du véhicule. 302.R442.12FR.45 DA CK dep 13 14. Dispositif pour l'estimation de la pente (6p) de la route depuis un véhicule se déplaçant sur cette route, selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le premier moyen (1) comprend au moins un capteur d'efforts. 15. Véhicule automobile comprenant un moyen de mise en oeuvre d'un procédé d'estimation de la pente de la route selon l'une des revendications 1 à 11. 10