Brevet FR2917164A1 — publié le 20081212

PROCEDE D'ESTIMATION DE LA PERFORMANCE D'UN PNEU DANS UNE SITUATION DE FREINAGE. La présente invention concerne, de façon générale, les techniques d'équipement des véhicules terrestres en pneumatiques. Plus précisément l'invention concerne un procédé d'estimation de la performance, dans une situation de freinage, d'un pneu susceptible d'équiper un véhicule, ce procédé comprenant une phase expérimentale incluant au moins une étape d'évaluation du coefficient d'adhérence du pneu sur le sol. Bien que les performances des pneumatiques en matière de freinage aient, par le passé, souvent été évaluées par des tests de distance de freinage d'un véhicule équipé de ces pneumatiques, ces performances sont aujourd'hui plus communément évaluées sur la base de mesures du coefficient d'adhérence d'un pneu unique équipant une remorque, ces mesures étant corrélées à des mesures du taux de glissement de ce pneu et à des indicateurs dérivés de ces mesures. Bien que cette technique présente l'intérêt de ne requérir l'utilisation que d'un seul pneu, elle conduit souvent à des évaluations de fiabilité insuffisante, et ne permet notamment pas d'assurer que plusieurs pneus différents, classés dans un ordre croissant de performances sur la base de ces tests, développent, une fois montés sur un même type de véhicule, des performances qui les classent dans le même ordre. Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer un procédé d'estimation de la performance d'un pneu en situation de freinage qui, en dépit de sa simplicité, présente une fiabilité accrue par rapport aux techniques connues. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme au préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'étape d'évaluation du coefficient d'adhérence du pneu sur le sol est effectuée pour différentes valeurs de la vitesse de déplacement relatif de l'axe du pneu par rapport au sol et pour différentes valeurs du taux de glissement du pneu sur le sol, et en ce que ladite phase expérimentale comprend en outre une étape de modélisation consistant à représenter le coefficient d'adhérence de ce pneu, tel qu'il résulte de l'étape d'évaluation, par une fonction de la vitesse de déplacement relatif de l'axe du pneu par rapport au sol et du taux de glissement de ce pneu sur le sol. De préférence, l'étape d'évaluation du coefficient d'adhérence du pneu comprend les opérations simultanées consistant à faire rouler le pneu sur une surface de référence assimilée au sol, à appliquer le pneu sur la surface de référence avec une force d'appui d'intensité connue par réglage et / ou par mesure, à faire défiler, par rapport à l'axe du pneu, la surface de référence à une vitesse instantanée de déplacement relatif, connue par réglage et / ou par mesure, et décroissant depuis une valeur maximale jusqu'à une valeur minimale, à mesurer la vitesse angulaire instantanée de rotation du pneu, et à appliquer périodiquement au pneu un couple de freinage de valeur instantanée connue par réglage et / ou par mesure et propre à provoquer un glissement du pneu sur la surface de référence. Le coefficient d'adhérence peut typiquement être évalué par le rapport, à la force d'appui, de la force longitudinale correspondant au couple de freinage. L'opération d'application périodique du couple de freinage est avantageusement régulée pour faire varier le taux de glissement du pneu par rapport à la surface de référence entre une valeur minimale de préférence nulle et une valeur maximale au moins égale à 20 Il est également possible de prévoir que l'opération d'application périodique du couple de freinage soit régulée pour atteindre périodiquement, voire dépasser, la valeur du taux de glissement pour laquelle la valeur d'adhérence est maximale. Dans tous les cas, l'étape d'évaluation du coefficient d'adhérence du pneu peut avantageusement être mise en oeuvre dans un local à température sensiblement constante. L'étape de modélisation comprend par exemple une opération d'optimisation consistant à rechercher les valeurs à affecter à des paramètres prédéterminés pour qu'une expression paramétrique de ladite fonction de la vitesse de déplacement relatif de l'axe du pneu par rapport au sol et du taux de glissement de ce pneu sur le sol corresponde au mieux au coefficient d'adhérence tel qu'évalué, lors de l'étape d'évaluation, pour les différentes valeurs de la vitesse de déplacement relatif de l'axe du pneu par rapport au sol et pour les différentes valeurs du taux de glissement du pneu sur le sol. Dans ce cas, l'opération d'optimisation peut utiliser 35 l'expression paramétrique suivante : Mu3D = (D*sin(C*atan(B*Xl-E*(B*Xl-atan(B*Xl)))))+Sv, où D, B et Xl correspondent eux-mêmes aux expressions paramétriques suivantes : D = DO + Dl*V + D2*V2, B = BO + Bl*V + B2*V2, 10 Xl = (g% / 100) + Sh, et où V est la vitesse instantanée de déplacement relatif de l'axe du pneu par rapport à la surface de référence, et où g% est le taux de glissement de ce pneu par rapport 15 à cette surface, défini par : g% = 100*(V - Vp)/ V, Vp étant la vitesse périphérique du pneu. 20 Le procédé de l'invention peut aussi comprendre une phase prédictive incluant une opération de détermination d'un indicateur global de performance du pneu, consistant à intégrer, par rapport à la vitesse instantanée de 25 déplacement relatif de l'axe du pneu et du sol, et par rapport au taux de glissement de ce pneu sur le sol, la fonction représentative du coefficient d'adhérence du pneu, sur un domaine de vitesses instantanées et de taux de glissement correspondant à une séquence de freinage 30 réelle ou simulée. Dans ce cas, la séquence de freinage choisie pour définir le domaine d'intégration de la vitesse instantanée et du taux de glissement inclut de préférence une modulation du 35 couple de freinage du type de celle rencontrée sur un véhicule équipé d'un système antiblocage de roues communément appelé ABS. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'organisation opérationnelle 10 d'un procédé conforme à une mode de réalisation possible de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une installation utilisable pour la mise en oeuvre du 15 procédé de l'invention; - la figure 3 est un diagramme représentant en ordonnée, en fonction du temps par exemple exprimé en centièmes de secondes et pris en abscisse, le centuple de la valeur du 20 coefficient d'adhérence (courbe en pointillés), la vitesse périphérique du pneu (courbe en trait mixte) et la vitesse de déplacement instantanée de l'axe du pneu par rapport à la surface de référence (courbe en trait plein), dans un mode de mise en oeuvre possible du procédé 25 de l'invention; et - la figure 4 est un diagramme illustrant une représentation, conforme à l'invention, d'un coefficient d'adhérence sous forme d'une fonction d'une vitesse et 30 d'un taux de glissement. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé d'estimation de la performance, dans une situation de freinage, d'un pneu PN destiné à équiper un 35 véhicule. Traditionnellement, un tel procédé comprend une phase expérimentale EXPERIM (figure 1) dont une étape EVAL MU est consacrée à l'évaluation du coefficient d'adhérence g du pneu sur le sol. On rappelle que le coefficient d'adhérence d'un pneu sur le sol est représenté et donc évalué par le rapport Fx/Fz, où Fx est l'effort longitudinal freineur correspondant à un couple de freinage appliqué par le pneu entre son axe et le sol, et où Fz est la charge du pneu, c'est-à-dire la force d'appui qu'il transmet au sol. Selon un premier aspect de l'invention, l'étape d'évaluation EVAL MU est effectuée pour différentes valeurs, notées Vi, de la vitesse V de déplacement relatif de l'axe X du pneu par rapport au sol, et pour différentes valeurs, notées gi%, du taux de glissement g% du pneu sur le sol, de manière à obtenir autant de valeurs, notées i, du coefficient d'adhérence g. On rappelle à cette occasion que le taux de glissement g% d'un pneu est défini par : g% = l00*(V - Vp) / V, où Vp est la vitesse de la périphérie du pneu. La figure 2 illustre de façon très schématique une 30 installation utilisable, de façon nullement limitative, pour la mise en oeuvre de l'étape d'évaluation EVAL MU. Dans l'exemple illustré, cette installation comprend une bande sans fin tendue entre deux rouleaux dont l'un est 35 entraîné en rotation par un moteur MOT, la bande sans fin étant recouverte d'un matériau adhérisé qui lui permet de simuler le sol S d'une voie de roulement sèche, ou d'une voie mouillée selon le résultat souhaité. Le pneu PN à caractériser est gonflé à une pression de fonctionnement prédéfinie et monté sur une chape CH qui l'applique sur la surface de référence S de la bande sans fin avec une force d'appui Fz prédéfinie. Le pneu PN est par exemple monté sur un moyeu dynamométrique MYD et / ou couplé en rotation à une roue codeuse (non représentée), cet équipement permettant de disposer, en plus des grandeurs Fz et V, d'un signal représentatif de la vitesse angulaire instantanée de rotation w du pneu PN autour de son axe X, et d'un signal représentatif de la force longitudinale Fx correspondant à un couple de freinage K appliqué au pneu PN par l'intermédiaire d'un frein FR dont le moteur est lié à la chape CH. Comme le sait par ailleurs l'homme du métier, la vitesse périphérique Vp du pneu, dite encore vitesse tangentielle, est liée à la vitesse angulaire de rotation w par le rayon effectif de roulement Reff, ce rayon pouvant par exemple être obtenu comme étant égal à la valeur prise par le rapport V/w pendant les phases de roulement sans freinage. Le pneu PN est disposé parallèlement à l'axe médian de la bande sans fin et perpendiculairement à la surface de référence S, c'est-à-dire avec un angle de dérive et un angle de carrossage nuls. Cette installation, qui est très avantageusement placée dans un local à température sensiblement constante, permet de piloter les variables que constituent d'une part la vitesse V de défilement de la surface S par rapport à l'axe fixe X du pneu PN, et d'autre part le taux de glissement g%. Par définition du taux de glissement, ce dernier prend la 5 valeur 0% lorsque Vp = V, c'est-à-dire lorsque le pneu PN est en roulement pur sur la surface S, et prend la valeur 100% lorsque Vp = 0, c'est-à-dire lorsque la roue équipée du pneu PN est totalement bloquée par le freinage. 10 Après une phase de mise en température du pneu PN par roulement à une vitesse initiale, l'étape d'évaluation EVAL_MU se poursuit par un cycle de freinage, au cours duquel un couple de freinage K est périodiquement appliqué au pneu PN pour une vitesse V décroissante de 15 défilement de la surface S, et pendant que sont relevées les variables instantanées V, o, Fz et Fx. Cette étape permet l'obtention de courbes telles que celles illustrées à la figure 3, dans laquelle la courbe 20 en pointillés représente le centuple de la valeur du coefficient d'adhérence la courbe en trait mixte représente la vitesse périphérique Vp du pneu, et la courbe en trait plein représente la vitesse instantanée de déplacement relatif de l'axe X du pneu par rapport à 25 la surface S de référence. Cette figure 3 illustre une séquence de freinage SQC FR pertinente pour caractériser un pneu en situation de freinage sur véhicule actuel, à savoir une séquence du 30 type de celle que génère un système de freinage à régulation de type ABS, c'est-à-dire à antiblocage de roues, pendant un test de freinage de 100km/h à 0km/h. Dans une telle séquence, la vitesse V diminue de façon 35 monotone, idéalement linéaire, depuis une vitesse maximale VO jusqu'à une vitesse minimale de préférence nulle, dans un intervalle de temps paramétrable compris entre 3 et 6 secondes. Dans cet intervalle, il est possible de réaliser 5 à 10 5 cycles de variation du taux de glissement g% entre une valeur nulle et une valeur maximale g%max par exemple paramétrable entre 20% et 100%. Dans ces conditions, le paramètre g%max précité est 10 choisi de manière à atteindre et dépasser légèrement la valeur du taux de glissement pour laquelle l'effort longitudinal freineur Fx est maximal. Selon un deuxième aspect de l'invention, la phase 15 expérimentale EXPERIM comprend une étape de modélisation MODEL qui consiste à représenter le coefficient d'adhérence g de ce pneu, tel qu'il se manifeste par ses multiples valeurs i obtenues lors de l'étape d'évaluation EVALMU, par une fonction, notée MU3D, de la 20 vitesse V et du taux de glissement g%. Pour ce faire, l'étape de modélisation MODEL comprend de préférence une opération d'optimisation OPTIM qui consiste à rechercher les valeurs à affecter à des 25 paramètres prédéterminés pour qu'une expression paramétrique de la fonction MU3D précédemment évoquée corresponde au mieux au coefficient d'adhérence g tel qu'il a été évalué lors de l'étape d'évaluation EVAL MU. 30 Par exemple, l'expression paramétrique de la fonction MU3D peut prendre la forme : Mu3D = (D*sin(C*atan(B*X1-E*(B*Xl-atan(B*Xl)))))+Sv, 35 où D, B et X1 correspondent eux-mêmes aux expressions paramétriques suivantes : D = DO + Dl*V + D2*V2, B = BO + Bl*V + B2*V2, Xl = (g% / 100) + Sh, où Sv est par exemple égal à 0.01, et où Sh peut être nul. L'opération d'optimisation OPTIM, qui peut utiliser tout outil d'optimisation connu, consiste donc à rechercher les valeurs à affecter aux paramètres BO, B1, B2, C, DO, Dl, D2, et E au moins, pour que l'expression paramétrique MU3D ci-dessus prenne, pour un ensemble aussi grand que nécessaire de valeurs différentes Vi de la vitesse V et de valeurs différentes gi% du taux de glissement g%, des valeurs respectives qui soient les plus proches possible des valeurs i correspondantes qui ont été relevées pour le coefficient d'adhérence lors de l'étape d'évaluation EVAL MU. _ En pratique, il peut être souhaitable de procéder, préalablement à l'opération OPTIM, à une opération de filtrage sur les signaux de mesure tels que w, V, Fz et Fx pour s'affranchir d'éventuels artefacts liés à des bruits de mesure. Une fois déterminées les valeurs des paramètres BO, Bi, B2, C, DO, Dl, D2, E, Sh et Sv, la fonction MU3D représentative du coefficient d'adhérence peut être tracée dans un espace tridimensionnel tel qu'illustré à la figure 4 et dont une première dimension correspond au taux de glissement g%, dont une deuxième dimension correspond à la vitesse V, et dont une troisième 10 dimension correspond à la valeur modélisée du coefficient d'adhérence . Bien qu'un tel diagramme constitue déjà en soi un outil d'estimation de la performance d'un pneu PN en situation de freinage, le procédé de l'invention peut comprendre en outre une phase prédictive PREDICT permettant l'obtention d'un bilan plus élaboré de la performance de ce pneu. Pour ce faire, cette phase PREDICT peut notamment inclure une opération DET IND permettant la détermination d'un indicateur global INT(MU3D) de performance du pneu. Cette opération DET_IND consiste par exemple à fournir, en tant qu'indicateur de performance, l'intégrale, par rapport à la vitesse instantanée V, et par rapport au taux de glissement g%, de la fonction MU3D sur un domaine d'intégration formé de vitesses instantanées et de taux de glissement correspondant à une séquence de freinage SQC_FR, réelle ou simulée, d'un véhicule équipé du pneu PN correspondant. De préférence, la séquence de freinage SQC FR choisie pour définir le domaine d'intégration de la vitesse instantanée V et du taux de glissement g% inclut une modulation du couple de freinage K du type de celles que réalise un système de freinage doté d'une fonction d'antiblocage de roues ou ABS. Typiquement, pour un freinage de 100 km/h jusqu'à l'arrêt complet du véhicule, cet indicateur INT(MU3D) serait donc constitué par l'intégrale de la fonction MU3D, calculée entre 0 et 100 km/h pour la variable V, et entre 5% et 15% pour la variable g%.35 En incorporant la fonction MU3D au modèle dynamique d'un véhicule, il est également possible de prévoir la distance de freinage du véhicule modélisé, équipé de pneumatiques présentant un coefficient d'adhérence modélisé par la fonction MU3D, et appliquant une séquence de freinage SQC FR soit obtenue à partir de mesures réelles, soit correspondant à un signal synthétisé, soit générée par un modèle de freinage de type ABS, c'est-à-dire doté d'une fonctionnalité d'antiblocage de roues.10 REVENDICATIONS. 1. Procédé d'estimation de la performance, dans une situation de freinage, d'un pneu (PN) susceptible d'équiper un véhicule, ce procédé comprenant une phase expérimentale (EXPERIM) incluant au moins une étape (EVAL MU) d'évaluation du coefficient d'adhérence ( ) du pneu (PN) sur le sol (S), caractérisé en ce que cette étape d'évaluation (EVAL MU) est effectuée pour différentes valeurs (Vi) de la vitesse (V) de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu par rapport au sol et pour différentes valeurs (gi%) du taux de glissement (g%) du pneu sur le sol, et en ce que ladite phase expérimentale (EXPERIM) comprend en outre une étape de modélisation (MODEL) consistant à représenter le coefficient d'adhérence ( ) de ce pneu, tel qu'il résulte de l'étape d'évaluation (EVAL MU), par une fonction (MU3D) de la vitesse (V) de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu (PN) par rapport au sol (S) et du taux de glissement (g%) de ce pneu sur le sol. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (EVAL MU) d'évaluation du coefficient d'adhérence ( ) du pneu (PN) comprend les opérations simultanées consistant à faire rouler le pneu (PN) sur une surface de référence (S) assimilée au sol, à appliquer le pneu (PN) sur la surface de référence (S) avec une force d'appui (Pz) d'intensité connue par réglage et / ou par mesure, à faire défiler, par rapport à l'axe (X) du pneu, la surface de référence (S) à une vitesse instantanée (V) de déplacement relatif, connue par réglage et / ou par mesure, et décroissant depuis une valeur maximale jusqu'à une valeur minimale, à mesurer la vitesse angulaire instantanée de rotation (w) du pneu(PN), et à appliquer périodiquement au pneu (PN) un couple de freinage de valeur instantanée (K) connue par réglage et / ou par mesure et propre à provoquer un glissement du pneu (PN) sur la surface de référence (S). 5 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient d'adhérence ( ) est évalué par le rapport (Fx/Fz), à la force d'appui (Fz), de la force longitudinale (Fx) correspondant au couple de freinage 10 (K). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération d'application périodique du couple de 15 freinage (K) est régulée pour faire varier le taux de glissement (g%) du pneu (PN) par rapport à la surface de référence (S) entre une valeur minimale de préférence nulle et une valeur maximale au moins égale à 20 %. 20 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération d'application périodique du couple de freinage (K) est régulée pour atteindre périodiquement la valeur du taux de glissement (g%) pour laquelle la valeur d'adhérence ( ) est maximale. 25 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (EVAL MU) d'évaluation du coefficient d'adhérence ( ) du pneu est mise en oeuvre dans un local à température sensiblement 30 constante. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (MODEL) de modélisation comprend une opération (OPTIM) 35 d'optimisation consistant à rechercher les valeurs à affecter à des paramètres prédéterminés pour qu'uneexpression paramétrique de ladite fonction (MU3D) de la vitesse (V) de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu (PN) par rapport au sol (S) et du taux de glissement (g%) de ce pneu sur le sol corresponde au mieux au coefficient d'adhérence ( ) tel qu'évalué, lors de l'étape d'évaluation (EVAL MU), pour les différentes valeurs (Vi) de la vitesse (V) de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu (PN) par rapport au sol (S) et pour les différentes valeurs (gi%) du taux de glissement (g%) du pneu (PN) sur le sol (S). 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'opération d'optimisation (OPTIM) utilise l'expression paramétrique suivante : Mu3D = (D*sin(C*atan(B*Xl-E*(B*Xl-atan(B*Xl)))))+Sv, où D, B et Xl correspondent eux-mêmes aux expressions paramétriques suivantes : 20 D = DO + Dl*V + D2*V2, B = BO + Bl*V + B2*V2, 25 Xl = (g% / 100) + Sh, et où V est la vitesse instantanée de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu (PN) par rapport à la surface de référence (S), et où g% est le taux de glissement de ce 30 pneu par rapport à cette surface, défini par : g% = 100*(V - Vp)/ V, Vp étant la vitesse périphérique du pneu. 35 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase prédictive (PREDICT) incluant une opération (DETIND) de détermination d'un indicateur global (INT(MU3D)) de performance du pneu, consistant à intégrer, par rapport à la vitesse instantanée (V) de déplacement relatif de l'axe (X) du pneu (PN) et du sol (S), et par rapport au taux de glissement (g%) de ce pneu sur le sol, la fonction (MU3D) représentative du coefficient d'adhérence du pneu, sur un domaine de vitesses instantanées et de taux de glissement correspondant à une séquence de freinage (SQC FR) réelle ou simulée. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la séquence de freinage (SQC FR) choisie pour définir le domaine d'intégration de la vitesse instantanée (V) et du taux de glissement (g%) inclut une modulation du couple de freinage (K) du type de celle rencontrée sur un véhicule équipé d'un système antiblocage de roues ou "ABS".