Brevet FR2922644A3 — publié le 20090424

FR 2922644 A3 20090424 FR 0707375 A 20071022 t La présente invention se rapporte à un procédé d'estimation de la masse d'un véhicule en mouvement. La masse d'un véhicule est une grandeur intervenant dans un grand nombre de stratégies de contrôle d'un véhicule (correction de trajectoire de type ESP, frein de parking assisté, changement de rapport d'une boite automatique...). Or, suivant les conditions d'usage (nombre de passagers, bagages...), cette masse est amenée à varier de manière non négligeable. Il est donc nécessaire, pour améliorer la performance des systèmes de contrôle d'un véhicule, d'estimer cette masse à chaque nouvelle utilisation. De nombreux documents de brevets antérieurs se rapportent à une telle estimation. Ainsi, le DE-A-102004002920 concerne l'estimation de la masse d'un véhicule équipé d'un système de suspensions magnétiques, par exploitation d'une caractéristique de ce système d'amortissement. Par ailleurs, plusieurs brevets de la société HITACHI se rapportent à une méthode d'estimation de la masse d'un véhicule, intervenant dans une stratégie de détermination du rapport de boîte optimal. L'estimation de la masse est réalisée au moyen d'un réseau de "neurones", dont les entrées sont l'accélération et la vitesse longitudinales, ainsi que la position de la pédale d'accélérateur. Une phase d'apprentissage est préalablement mise en oeuvre pour adapter les paramètres du réseau de "neurones", à partir d'une base de données mesurées, de manière à ce que l'erreur d'estimation du réseau neuronal soit minimale. WO-A-2006/001741, JP-2002286535 et JP-2002081989 concernent des méthodes d'estimation de la masse d'un véhicule basées sur une analyse de son mouvement longitudinal. Une première étape consiste à estimer la force d'entraînement à laquelle est soumis le véhicule (force due au couple moteur estimé diminuée de la force nécessaire à entraîner les roues). La masse du véhicule est alors calculée comme le rapport de la force d'entraînement par l'accélération longitudinale. US-A-6,438,510 se rapporte à une méthode d'estimation de la masse (et du coefficient de frottement aérodynamique) d'un véhicule, par intégration de la loi de Newton dans la direction longitudinale. Les efforts d'entraînement sont reconstruits à partir de la vitesse véhicule, du débit carburant, du rapport de boite engagé et de position de la pédale d'accélérateur. Un algorithme des moindres carrés récursifs permet alors de déterminer la masse et le coefficient aérodynamique optimaux sur la base d'une séquence de données judicieusement sélectionnée. Enfin, JP-2002340660 a pour objet une méthode d'estimation de la masse d'un véhicule fondée sur une analyse de son mouvement longitudinal. L'accélération mesurée est divisée par la force d'entraînement estimée, pour aboutir à une estimation de la masse du véhicule. L'accélération et la force d'entraînement sont intégrées sur un certain intervalle de temps, pour s'affranchir des erreurs liées à une situation de roulage particulière. D,e plus, des filtrages sont réalisés pour enlever de ces signaux les composantes basse-fréquences dues à la pente. Ces systèmes, qui permettent d'estimer la masse d'un véhicule sont majoritairement basés sur l'application de la relation fondamentale de la dynamique (RFD) dans la direction longitudinale. Connaissant l'accélération longitudinale du véhicule (par le biais d'une mesure), il est possible de déterminer la masse de celui-ci en estimant les forces longitudinales générées par le moteur et les éléments perturbateurs (résistance aérodynamique, frottement aux roues,...). Il est d'autre part nécessaire d'avoir accès aux mesures suivantes : accélération longitudinale et vitesse longitudinale. Cette approche comporte les limites suivantes : - elle impose d'intégrer la RFD, ce qui est source d'erreur : - il est nécessaire d'estimer la force longitudinale résultante, à partir du couple moteur et d'une estimation des perturbations (de nombreux paramètres de réglage sont alors nécessaires : cartographies...). La présente invention vise à proposer un nouveau procédé d'estimation de la masse d'un véhicule en mouvement qui s'affranchit de ces inconvénients. Ainsi, la présente invention se rapporte à un procédé d'estimation de la masse d'un véhicule automobile en mouvement, ce véhicule étant pourvu de quatre roues équipées de pneus, caractérisé par le fait qu'il consiste notamment à réaliser des mesures des efforts verticaux pneus-sol et à estimer ladite masse en appliquant ces mesures à la relation de la Loi Fondamentale de la Dynamique en direction verticale, laquelle s'exprime : Zavg Y[ ù e 2L 2L k hMyL L2 Mg Fzavd hMy, _ + e + 2L 2I, _ (l ù k) hMyL L, Mg FZarg hMv~ e + 2L + 2L hMy` L'Mg (1ù k) hMv, = + + + FZZrd e 2L 2L Fz;; M et = 'd g avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G • L1 (m) : Distance de G à l'essieu avant • L2 (m) : Distance de G à l'essieu arrière • e (m) : voie avant et arrière • L(m) : Empattement du véhicule • y, (mise) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. • yL (misz) : Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • K : coefficient liés aux suspensions du véhicule. • Fzj (N) : force verticale à la roue : projection de la réaction du sol sur la roue selon l'axe vertical de la roue • avg : roue ou pneumatique avant gauche. • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. • F (N) : mesure de la force verticale à la roue "ij". Ziy-mesure Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention : lesdites mesures des efforts sont réalisées au moyen de capteurs ; - on estime la masse à l'aide de moyens informatiques ; k hM Mg F hM L = ù + - on mesure les efforts verticaux de chaque roue et on estime ladite masse à partir de la relation : M FZi;mesure = FZavgmesnre + FZavdmesnre + FZargmesure + FZardmesnre ù L~ g g - ladite masse est estimée à partir des mesures de deux capteurs de 5 charge verticale et d'un capteur d'accélération longitudinale ; - lesdits capteurs sont placés sur le train avant du véhicule et ladite masse est estimée à partir de la relation suivante : L X (Fzavgmesnre + FZavdmesnre ) M= Lzg ù hyc où : 10 Fzavgmesme est la mesure de la force verticale à la roue avant gauche, Fzavdmes,r,e est la mesure de la force verticale à la roue avant droite, dans lesquelles les différents paramètres de cette relation ont le sens défini plus haut ; - lesdits capteurs sont placés sur le train arrière du véhicule et ladite 15 masse est estimée à partir de la relation suivante : L X (FZargnresm'e + FZardmesare ) où : Fzavgmes,,,e est la mesure de la force verticale à la roue avant gauche, FZavdmesäre est la mesure de la force verticale à la roue avant droite, 20 dans lesquelles les différents paramètres de cette relation ont le sens défini plus haut ; - ladite masse est estimée à partir des mesures de deux capteurs de charge verticale et d'un capteur d'accélération latérale ; - lesdits capteurs sont placés sur le côté gauche du véhicule, en 25 considérant un déplacement de celui-ci en marche avant, et ladite masse est estimée à partir de la relation suivante : M = 2e X FZavgn,esrrre + FZ arg mesure egù2hy, où : Fzavgnres,rre est la mesure de la force verticale à la roue avant gauche, 30 Fzavdmesnre est la mesure de la force verticale à la roue avant droite, dans lesquelles les différents paramètres de cette relation ont le sens défini plus haut ; M = Lzg+hyL 10 - lesdits capteurs sont placés sur le côté droit du véhicule, en considérant un déplacement de celui-ci en marche avant, et ladite masse est estimée à partir de la relation suivante : M ù 2e x (FZavdmesnre + F?ardmesnre ) eg+2hyt où : Fzavg,,,es,n.e est la mesure de la force verticale à la roue avant gauche, Fzavdmes,n.e est la mesure de la force verticale à la roue avant droite, dans lesquelles les différents paramètres de cette relation ont le sens défini plus haut ; - ladite masse est estimée à partir des mesures d'un capteur de charge verticale, d'un capteur d'accélération latérale et d'un capteur d'accélération longitudinale ; - ladite masse est estimée à partir d'une des relations suivantes, selon que ledit capteur est placé au niveau de l'une ou l'autre des roues : 2LeFznvg,,,esnre M L2geù2Lkhy, ûehy, M = 2LeFzavdmesm.e L2ge+2Lkhy, ùehyL 2 LeFz arg mesure 15 M L2ge-2Lkhy, +ehyL 2LeFZardmesnre M= L2ge+2Lkhy, +ehyL - on procède en continu à un filtrage ou à une moyenne des mesures effectuées ; - on réinitialise les mesures à chaque arrêt du moteur du véhicule ; - on réinitialise les mesures à chaque ouverture d'une porte du 20 véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre. Dans l'ensemble de la description, les abréviations suivantes auront pour sens : 25 • M (kg) • h (m) • Li (m)Masse totale du véhicule Hauteur du véhicule au centre de gravité G Distance de G à l'essieu avant 10 15 • L2 (m) : Distance de G à l'essieu arrière • e (m) : voie avant et arrière • L(m) : Empattement du véhicule • yt (m/s2) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. • yL (m/s2) : Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • K : coefficient liés aux suspensions du véhicule. • Fzi~ (N) : force verticale à la roue : projection de la réaction du sol sur la roue selon l'axe vertical de la roue Indice Signification av correspond au train avant ar correspond au train arrière avg correspond à la roue ou au pneumatique avant gauche avd correspond à la roue ou au pneumatique avant droit arg correspond à la roue ou au pneumatique arrière gauche ard correspond à la roue ou au pneumatique arrière droit i,j indice des roues, le premier indice signifie avant/arrière, le second gauche/ droite. Par exemple 1,1 signifie roue avant gauche et 2,1 signifie roue arrière gauche. Il est tout d'abord rappelé que les efforts verticaux d'un véhicule automobile peuvent être modélisés en tenant compte des reports de charge dynamiques longitudinaux et latéraux et de la charge statique par les équations suivantes : k hMyL L2 Mg F _ _ --g e hMy` 2L, + 2L k hMyL L2 Mg Fzavd=+ hMy; + 2L e 2L F (1ù k) hMyL + L1Mg za~~ ù e hMy` + 2L 2I. (1ù k) hMyL L1Mg Fzard = + e hMy; + 2L + 2L Dans une première variante, les quatre charges verticales aux roues sont mesurées. Par conséquent, on peut directement en déduire la relation suivante : F M Zijmesme 1.j g Dans une deuxième variante, la masse est estimée à partir de deux capteurs de charge verticale et d'un capteur d'accélération longitudinale. Pour que l'estimation de la masse puisse être effectuée, il faut que le positionnement des capteurs de charge permettent de connaître la charge au train avant ou arrière. Si les deux capteurs de charge sont placés sur le train avant alors on obtient la relation suivante : M ù 1' X (FZavgmesure + FZavdmesure) L2g ù hyc Si les deux capteurs de charge sont placés sur le train arrière alors on 10 obtient la relation suivante : Al = L x (Fz arg mesure + FZardmesnre ) L2g+hyL Conformément à une troisième variante, la masse est estimée à partir de deux capteurs de charge verticale et d'un capteur d'accélération latérale. Pour que l'estimation de la masse puisse être effectuée, il faut que le positionnement des 15 capteurs de charge permettent de connaître la charge du coté gauche ou droit du véhicule. Si les deux capteurs de charge sont placés sur la gauche du véhicule alors on obtient la relation suivante : 2e x (F M Zavgmesare + Fl arg mesure ) =- eg-2hy, 20 Si les deux capteurs de charge sont placés sur la droite du véhicule, alors on obtient la relation suivante : M = 2e x (FZavdmesue + FZardmesure ) eg+2hy, Enfin, selon une quatrième variante, la masse est estimée à partir d'un capteur de charge verticale, d'un capteur d'accélération longitudinale et d'un 25 capteur d'accélération latérale. Suivant le positionnement du capteur de charge on obtient les relations suivantes : 7 2 LeFZavgmesure M = ù L2 ge ù 2 Lkh y, ùehyL 2LeFZavdmesure M=- L2 ge+2Lkhy, ùehyL 2 LeFZ arg mesure L2 ge+2Lkhy, + ehyL Afin que cette estimation soit plus robuste, on rajoute à ces solutions un procédé de filtrage ou de moyennage, ainsi qu'éventuellement une remise à zéro obtenue à chaque ouverture de porte ou arrêt du moteur. M=- Lzgeù2Lkhy, +ehyL 2 LeFZardmesure M=-5 REVENDICATIONS , 1. Procédé d'estimation de la masse d'un véhicule automobile en mouvement, ce véhicule étant pourvu de quatre roues équipées de pneus, caractérisé par le fait qu'il consiste notamment à réaliser des mesures des efforts verticaux pneus-sol et à estimer ladite masse en appliquant ces mesures à la relation de la Loi Fondamentale de la Dynamique en direction verticale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites mesures des efforts sont réalisées au moyen de capteurs. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on estime la masse à l'aide de moyens informatiques. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on mesure les efforts verticaux de chaque roue et que l'on estime ladite masse (M) à partir de la relation : M = y Fziraesare = F + F + F Zavgmesure Zavdmesure Zargmesure + FZardmesure i,; g Où l'on exploite les relations suivantes : k hMy L, Mg Fzavg _ ù e hMy` 2L + 2L k hMyL L2 Mg FZavd =_ + hMy, + 2L, e 2L F (1ùk) hMYL + L1Mg Zarg =_ ù e hMy + 2L 2L (1ù k) hMyL L, Mg Fzard -- + e hMY` + 2L + 2L avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G • LI (m) : Distance de G à l'essieu avant 20 • L2 (m) : Distance de G à l'essieu arrière • e (m) : voie avant et arrière • L(m) : Empattement du véhicule • y, (m/s2) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G.15Io • yL (mis2) : Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • k : coefficient liés aux suspensions du véhicule. • Fzij (N) : force verticale à la roue : projection de la réaction du sol sur la roue selon l'axe vertical de la roue • FZijn,esm'e (N) : mesure de la force verticale à la roue "i%'" • avg : roue ou pneumatique avant gauche. • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G 20 • L2 (m) : Distance de G à l'essieu arrière • L(m) : Empattement du véhicule • yL (m/s2) : Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • Fz,;n,es,ae (N) : mesure de la force verticale à la roue : projection de la réaction du sol selon l'axe vertical de la roue 25 • avg : roue ou pneumatique avant gauche. • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 10 fait que ladite masse est estimée à partir des mesures de deux capteurs de charge verticale et d'un capteur d'accélération longitudinale. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits capteurs sont placés sur le train avant du véhicule et que ladite masse (M) est 15 estimée à partir de la relation suivante : lil = L X (Fzavgrr,es,ue + Fzavdmesnre ) L2g ù hYL. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits capteurs sont placés sur le train arrière du véhicule et que ladite masse (M) est estimée à partir de la relation suivante : M _ L x (Fzargmesnre +'' ardn,esnre ) L2g+hyL • M (kg) • h (m) • L2 (m) • L(m) • yL (mis2) avec : Masse totale du véhicule Hauteur du véhicule au centre de gravité G Distance de G à l'essieu arrière Empattement du véhicule Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • Fz;;mes,,re (N) : mesure de la force verticale à la roue : projection de la réaction du sol selon l'axe vertical de la roue • avg : roue ou pneumatique avant gauche. • avd : roue ou pneumatique avant droit. 15 • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite masse est estimée à partir des mesures de deux capteurs de charge verticale et d'un capteur d'accélération latérale. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits capteurs sont placés sur le côté gauche du véhicule, en considérant un déplacement de celui-ci en marche avant, et que ladite masse (M) est estimée à partir de la relation suivante : M ù 2e x (FZavgrnesxre + FZ arg mesm-e ) eg-2hy, avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G • e (m) : voie avant et arrière • yt (m/s2) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. 20 25• Fz,;,,,es,,,e (N) : mesure de la force verticale à la roue : projection de la réaction du sol selon l'axe vertical de la roue • avg : roue ou pneumatique avant gauche. • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que eg+2hy, avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G 15 • e (m) : voie avant et arrière • yc (mis2) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. • Fz,;n,esnre (N) : mesure de la force verticale à la roue : projection de la réaction du sol selon l'axe vertical de la roue • avg : roue ou pneumatique avant gauche. 20 • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 11. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite masse est estimée à partir des mesures d'un capteur de charge 25 verticale, d'un capteur d'accélération latérale et d'un capteur d'accélération longitudinale. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ladite masse (M) est estimée à partir d'une des relations suivantes, selon que ledit capteur est placé au niveau de l'une ou l'autre des roues : lesdits capteurs sont placés sur le côté droit du véhicule, en considérant un déplacement de celui-ci en marche avant, et que ladite masse (M) est estimée à 10 partir de la relation suivante : M =-- 2e x (Fzav~,n,es,ne + F:ardn,esnre )2 LeFZavgmesäre M- L2ge û 2Lkhy, û ehyL M û 2LeFzavdmesäre L2 ge+2Lkhy, ùehyL 2 LeFZ arg mesure M=- L2ge+2Lkhy, +ehyL avec : • M (kg) : Masse totale du véhicule • h (m) : Hauteur du véhicule au centre de gravité G • Ll (m) : Distance de G à l'essieu avant • L2 (m) : Distance de G à l'essieu arrière • e (m) : voie avant et arrière • L(m) : Empattement du véhicule • yt (mis2) : Accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. 10 • yL (mis2) : Accélération longitudinale, elle est mesurée au centre de gravité G. • k : coefficient liés aux suspensions du véhicule. • Fzymes,,,.e (N) : mesure de la force verticale à la roue : projection de la réaction du sol selon l'axe vertical de la roue • avg : roue ou pneumatique avant gauche. 15 • avd : roue ou pneumatique avant droit. • arg : roue ou pneumatique arrière gauche. • ard : roue ou pneumatique arrière droit. 13. Procédé selon l'une des revendications 4 à 12, prise en combinaison avec la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé par le fait 20 que l'on procède en continu à un filtrage ou à une moyenne des mesures effectuées. 14. Procédé selon l'une des revendications 4 à 13, prise en combinaison avec la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on réinitialise les mesures à chaque arrêt du moteur du véhicule. M=- L2geû 2Lkh y, +ehyL 2LeFzardmesare15. Procédé selon l'une des revendications 4 à 13, prise en combinaison avec la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on réinitialise les mesures à chaque ouverture d'une porte du véhicule.