Brevet FR2925679A1 — publié le 20090626

-1- La présente invention concerne un véhicule automobile et la mesure des efforts exercés par le sol sur ses pneumatiques lors du roulage. La mesure de ces efforts est utilisée par divers dispositifs d'assistance électronique utilisés par exemple pour la régulation antiblocage des freins du véhicule, la régulation anti-patinage des roues motrices, le contrôle de la trajectoire du véhicule ou encore pour d'autres formes de contrôle ou de surveillance. La résultante des efforts exercés par le sol sur un pneumatique en roulage peut être décomposée en trois composantes : - Une composante FX longitudinale, c'est-à-dire horizontale et appartenant à un plan équatorial du pneumatique. Cette composante est sensible aux efforts exercés par la chaussée lors d'accélérations ou de freinages. -Une composante Fy latérale, également appelée composante transverse car elle est normale au plan équatorial du pneumatique. Cette composante est sensible aux efforts de poussée de dérive exercée par le sol sur le pneumatique ; et - une composante FZ verticale. Cette composante est sensible au poids du véhicule automobile. Le document WO 03/014687 propose d'estimer ces trois composantes grâce à la mesure de contraintes exercées dans des bourrelets du pneumatique. Cette estimation utilise notamment une fonction d'interpolation à apprentissage telle qu'une fonction utilisant un réseau de neurones. Le procédé de l'état de la technique est relativement complexe à mettre en oeuvre notamment du fait de la période d'apprentissage de la fonction d'interpolation. L'invention vise à proposer un procédé d'estimation d'au moins une composante d'une résultante d'efforts exercés sur un pneumatique qui soit plus simple à mettre en oeuvre. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'estimation d'au moins une composante d'une résultante d'efforts exercés par un sol sur un pneumatique au cours de son roulage, comprenant une étape d'estimation de la composante en fonction d'au moins une mesure d'au moins une contrainte exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique lorsque le pain est situé dans l'aire de contact du pneumatique avec le sol. Des essais réalisés en laboratoire ont montré qu'il existe une relation simple entre les contraintes mesurées dans un pain de gomme de l'aire de contact et la résultante des efforts exercés par le sol sur le pneumatique. Or, il est relativement facile de mesurer les contraintes subies par un pain de gomme du pneumatique. L'invention propose donc de tirer parti de cette relation simple pour fournir un procédé d'estimation précis et rapide. -2- Un procédé d'estimation selon l'invention peut en outre comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. - La composante estimée est une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la mesure de la contrainte lors du passage du pain dans l'aire de contact. - La contrainte mesurée est orientée sensiblement selon la direction de la composante estimée. - On estime une composante longitudinale comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte longitudinale exercée sur le pain, mesurée lors du passage du pain dans l'aire de contact. - On estime une composante latérale comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte latérale exercée sur le pain, mesurée lors du passage du pain dans l'aire de contact. - On estime une composante verticale comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte verticale exercée sur le pain, mesurée lors du passage du pain dans l'aire de contact. - On estime la composante verticale comme étant une combinaison linéaire des intégrales des évolutions des contraintes longitudinale, latérale et verticale exercées sur le pain, mesurée lors du passage du pain dans l'aire de contact. - Le pain de gomme appartient à un plan sensiblement équatorial du pneumatique. - La contrainte est mesurée au moyen d'un capteur noyé dans le pain, par exemple une capteur de type à clou. L'invention a également pour objet un dispositif d'estimation d'au moins une composante d'une résultante d'efforts exercés par une chaussée sur un pneumatique au cours de son roulage, comprenant des moyens de mesure d'une contrainte exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique lorsque le pain est situé dans l'aire de contact du pneumatique avec la chaussée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un pneumatique sur lequel on définit des conventions utiles pour l'intelligence de l'invention, - la figure 2 est une vue détaillée selon une coupe axiale de la bande de roulement du pneumatique, - les figures 3 à 5 sont des graphiques représentant les évolutions respectives des contraintes longitudinales, transversales et verticales exercées dans un pain de sculpture du pneumatique de la figure 1 au cours d'un tour, -3- - la figure 6 est un graphique représentant l'intégrale des contraintes longitudinales subies par un pain du pneumatique au cours de son passage de l'aire de contact, en fonction de la composante longitudinale de la résultante des efforts appliqués au pneumatique, - la figure 7 est un graphique similaire à celui de la figure 6 représentant l'évolution de l'intégrale des contraintes transversales, - la figure 8 est un graphique représentant une estimation de la composante verticale en fonction de l'effort réellement appliqué sur le pneumatique, lorsque le pneumatique est soumis à différents efforts de dérive, - la figure 9 est un graphique identique à celui de la figure 8, représentant une autre estimation plus précise. On a représenté sur la figure 1 un pneumatique désigné par la référence générale 10 en roulage sur un sol 12. Le pneumatique 10 comprend un axe 14 de symétrie formant axe de rotation. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on définit un repère XYZ orthonormé lié au pneumatique dans lequel : - la direction X est horizontale et orientée dans le sens du roulage du pneumatique. Cette direction X est appelée direction longitudinale ; - la direction Y est sensiblement parallèle à l'axe 14 de rotation du pneumatique. La direction Y est appelée direction transverse ou latérale ; et - la direction Z est verticale. Le pneumatique 10 est en contact avec le sol 12 le long d'une aire de contact. Lors du roulage du pneumatique 10 sur le sol 12, le sol exerce sur le pneumatique, par l'intermédiaire de l'aire de contact, une résultante d'efforts F pouvant être décomposée en trois composantes FX, Fy et FZ dans le repère XYZ précédemment défini. La composante verticale FZ plaque le pneumatique 10 sur le sol 12. La composante horizontale FX, orientée selon la direction de roulage, est créée par un couple moteur ou freineur appliqué sur le pneumatique 10. Enfin, la composante horizontale dans la direction transverse, nommée Fy, apparaît lorsque le pneumatique 10 est en virage. Le pneumatique 10 est sensiblement symétrique par rapport à un plan équatorial 16 sensiblement parallèle aux directions X et Z du repère. Le pneumatique 10 comprend deux flancs 18 et une bande de roulement 20 visible de manière plus détaillée sur la figure 2 qui est une vue en coupe dans le plan YZ. La bande de roulement 20 comprend une pluralité de sculptures également appelées pains de gomme 22 qui sont en contact avec le sol 12 dans l'aire de contact. -4- Lorsqu'un pain de gomme est en contact avec le sol 22, il subit une contrainte qui peut être décomposée selon chacune des directions X, Y et Z. Ces trois contraintes sont appelées respectivement contraintes longitudinale 6X, transversale 6y et verticale 6Z. La contrainte longitudinale est parfois appelée contrainte orthoradiale, c'est-à-dire orthogonale à un rayon du pneumatique et la contrainte transversale est parfois appelée contrainte latérale ou axiale en référence à l'axe 14 de rotation du pneumatique. A un instant donné, la résultante F des efforts exercés par le sol sur le pneumatique 12 est égale à l'intégrale des contraintes subies par le pneumatique dans l'aire de contact. On a donc la relation suivante : F = JJ6 •dS (1) AdC où AdC représente l'aire de contact. Du fait que, dans l'aire de contact, le pneumatique 10 est en contact ponctuel avec le sol selon une pluralité de pains de gomme 22, cette relation peut également être écrite de la manière suivante : Rib n°n F L f f 6 Rib . dS (2) Rib n°1 Rib où Rib désigne un pain de gomme, et n désigne le nombre de pains en contact avec le sol dans l'aire de contact. Etant donné qu'il serait très compliqué de mesurer l'ensemble des contraintes surfaciques exercées dans tous les pains de gomme 22 de l'aire de contact, l'invention propose d'estimer la résultante des efforts F à partir de la mesure des contraintes exercées dans un seul pain de gomme 22 lors de son passage dans l'aire de contact du pneumatique avec le sol. Pour cela, on utilise un pneumatique 10 comprenant un capteur de contraintes 24 noyé dans un pain de gomme 22 de la bande de roulement du pneumatique, le pain étant situé sensiblement dans le plan équatorial 16 du pneumatique. Le capteur 24 est un capteur de type à clou tel que celui décrit dans le document EP-A1-1 275 949. Ce capteur à clou est de petites dimensions et peut être facilement noyé dans un pain de la gomme. Il permet de plus de pouvoir différencier les différentes composantes des contraintes exercées dans le pain. On a représenté sur les figures 3, 4 et 5 l'évolution des signaux fournis par le capteur 24 au cours d'un tour du pneumatique. La figure 3 représente la composante longitudinale 6X de la contrainte, la figure 4 représente la composante latérale 6y de la contrainte et la figure 5 représente la composante verticale 6Z de la contrainte. -5- Sur ces trois graphiques, on distingue clairement le passage du pain de gomme 22 comprenant le capteur 24 dans l'aire de contact. Ce passage provoque en effet des variations importantes des signaux fournis par le capteur 24. Par ailleurs, l'amplitude de ces évolutions dépend des efforts appliqués sur le pneumatique. Des essais ont été réalisés en laboratoire pour mettre en relation l'évolution des signaux fournis par le capteur avec les efforts appliqués sur le pneumatique. La résultante des efforts exercés par le sol sur le pneumatique peut être mesurée en laboratoire de manière simple, par exemple en fonction de la vitesse de rotation du pneumatique ou de l'effort vertical appliqué sur le pneumatique. On utilise pour cela une machine de test de type rouleuse sur laquelle on fait rouler un pneumatique 10 équipé d'un capteur 24 et soumis à des efforts déterminés. Effort Ionqitudinal Un premier essai a été réalisé en faisant varier l'effort longitudinal appliqué sur le pneumatique. Pour un effort donné, l'évolution, au cours d'un tour du pneumatique, de la contrainte longitudinale mesurée par le capteur 24 a été enregistrée puis l'intégrale de cette évolution lors du passage du capteur 24 dans l'aire de contact a été calculée. On a représenté sur la figure 6 les résultats de ce premier essai. La figure 6 est un graphique représentant les différentes valeurs de l'intégrale de l'évolution de la contrainte longitudinale 6X en fonction de la composante longitudinale FX de la résultante d'efforts exercés sur le pneumatique. On constate sur cette figure que l'intégrale de la contrainte longitudinale est sensiblement proportionnelle à la composante longitudinale de l'effort exercé. On peut donc estimer la composante longitudinale FX grâce à la relation (3) suivante : Fxest =A J6x •dx+B, (3) AdC où Fxest est l'estimation de la composante longitudinale, les valeurs A et B sont des constantes, et 6x est la contrainte longitudinale mesurée. Dans l'exemple représenté, on a les relations suivantes : A = - 1,01 et B = 28,57. Des mesures ont par ailleurs montré que les contraintes longitudinales exercées dans le pain de gomme sont insensibles aux efforts transverses et verticaux appliqués sur le pneumatique. Par conséquent, la relation (3) est vérifiée en toutes conditions. Effort latéral Un deuxième essai similaire au premier a été réalisé pour étudier la relation entre l'intégrale dans l'aire de contact de l'effort latéral 6y et la composante latérale Fy de la résultante d'efforts exercés sur le pneumatique. -6- Le graphique de la figure 7 représente les résultats de cet essai. Comme dans le cas précédent, on constate que la relation (4) suivante est vérifiée : F =C J 6y.dx+D, (4) yest AdC où Fyest est l'estimation de la composante latérale, C et D sont des constantes et 6y est la contrainte latérale mesurée. Dans ce cas également, on constate que les contraintes latérales exercées dans le pain de gomme sont insensibles aux efforts longitudinaux et verticaux appliqués sur le pneumatique. Par conséquent, la relation (4) est vérifiée en toutes conditions. Effort vertical Comme dans les deux cas précédents, des essais ont montré que l'intégrale des contraintes verticales 6Z appliquées dans un pain de gomme lors de son passage dans l'aire de contact est sensiblement proportionnelle à la composante verticale Fg de la résultante des efforts exercés sur le pneumatique. La relation suivante est donc vérifiée. Fyest =E f az •dx+H, (5) AdC où Fzest est l'estimation de la composante verticale, E et H sont des constantes et 6Z est la contrainte verticale mesurée. Toutefois, contrairement aux deux cas précédents, la contrainte verticale 6Z est influencée par les composantes longitudinale et latérale de l'effort subi par le pneumatique. La figure 8 illustre cette dépendance. Il s'agit d'un graphique représentant l'estimation de la composante verticale de la résultante d'efforts faite au moyen de la relation (5) précédente, en fonction de l'effort vertical FZ réellement appliqué sur le pneumatique, pour différentes valeurs de dérive du pneumatique données. L'effort vertical FZ appliqué sur le pneumatique pour les essais de la figure 8 est environ égal à 400 daN et la dérive du pneumatique varie entre -6° et 6°. Cet angle de dérive est symbolisé par l'échelle 30 dessinée sur le graphique. On constate sur cette figure que, lorsque la dérive appliquée sur le pneumatique est nulle, l'estimation de la composante FZ au moyen de la relation (5) est relativement précise. En revanche, lorsque le pneumatique est soumis à une dérive, une erreur apparaît dans cette estimation. Si l'on ne tient pas compte de l'effet de la dérive lors de l'estimation de la composante verticale FZ de la résultante d'efforts, on obtient une estimation précise à � 45 daN près. Cette incertitude, de l'ordre de 10 %, est relativement faible si bien que le modèle de la relation (5) peut être utilisé si l'on tolère une telle imprécision. -7- Toutefois, on peut améliorer l'estimation de la résultante verticale FZ en tenant compte des contraintes latérales 6y exercées sur le pain de gomme lors de l'estimation de F. On utilise pour cela la relation suivante : Fzest =E f 6z dx+G f 6P dx+H, (6) AdC AdC dans laquelle E, G et H sont des constantes. En utilisant par exemple les valeurs suivantes : E = 1 et F = 0,1, on obtient une estimation de la composante verticale qui est plus précise. Cette estimation est représentée sur le graphique de la figure 9. On constate sur ce graphique que l'influence de la dérive du pneumatique sur l'estimation de la composante verticale est réduite. En effet, l'erreur moyenne de l'estimation est désormais de 16 daN. Enfin, si l'on souhaite améliorer plus encore l'estimation de la composante verticale de la résultante d'efforts exercés par le sol sur le pneumatique, on peut tenir compte également de la contrainte longitudinale 6X appliquée sur le pain de gomme. On utilise alors la relation suivante : Fzest =E J6z dx+F f 6X dx+G f 6P dx+H, (7) AdC AdC AdC où E, F, G et H sont des constantes. La description précédente a montré que l'on peut estimer chacune des composantes FX, Fy et FZ de la résultante d'efforts exercés par le sol 12 sur le pneumatique 10 au cours de son roulage simplement par la mesure des contraintes 6X, 6y, et 6Z exercées sur un pain de gomme 22 de la bande de roulement du pneumatique, lorsque le pain est situé dans l'aire de contact du pneumatique. On utilise pour cela les relations (3), (4) et (7) définies ci-dessus. Le paramétrage de ces trois relations peut être réalisé en laboratoire selon la méthode précédemment décrite, c'est-à- dire en faisant rouler un pneumatique sur une machine de type rouleuse et en le soumettant à des efforts connus. Les constantes A à H utilisées sont des constantes positives ou négatives qui sont ajustées en fonction du type de capteur 24 utilisé, de sa sensibilité, de son implantation exacte dans le pneumatique et en fonction du type de pneumatique utilisé. On notera que l'invention a été décrite avec un capteur 24 implanté dans un pain de gomme du plan équatorial 16 du pneumatique. Il est également possible d'implanter le capteur dans un pain de gomme qui n'appartient pas à ce plan équatorial. Toutefois, les résultats obtenus sont alors moins précis. En effet, plus le capteur est distant du plan équatorial du pneumatique, plus il est sensible à la dérive du pneumatique. -8- On notera enfin que, grâce à l'estimation des trois composantes de la résultante d'efforts exercés sur le sol par le pneumatique, on peut également estimer le potentiel d'adhérence utilisé puisé du pneumatique qui correspond au rapport de la résultante des efforts longitudinaux et latéraux sur la résultante des efforts verticaux : Fx2 + Fy2 Putilisé = Fz Grâce à l'estimation du potentiel d'adhérence utilisé puisé, et à l'estimation d'un potentiel d'adhérence maximale (déterminé par exemple grâce à un procédé tel que celui divulgué dans le document WO 2006/010680), on peut alors estimer le pourcentage d'utilisation du potentiel d'adhérence maximale du pneumatique grâce à la relation 10 suivante. Potentiel utilisé C `utilise = 1 Fx2 + Fy2 utilisé �,te /1m Fz (8) (9) REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation d'au moins une composante (FX, Fy, FZ) d'une résultante (F) d'efforts exercés par un sol (12) sur un pneumatique (10) au cours de son roulage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'estimation de la composante (FX, Fy, FZ) en fonction d'au moins une mesure d'au moins une contrainte (6X, 6y, 6Z) exercée sur un pain de gomme (22) de la bande de roulement (20) du pneumatique (10) lorsque le pain (22) est situé dans l'aire de contact du pneumatique (10) avec le sol (12). 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la composante estimée (FX, Fy, FZ) est une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la mesure de la contrainte (6X, 6y, 6Z) lors du passage du pain (22) dans l'aire de contact. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la contrainte mesurée (6X, 6y, 6Z) est orientée sensiblement selon la direction de la composante estimée (FX, Fy, Fi). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on estime une composante longitudinale (FX) comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte longitudinale (6X) exercée sur le pain (22), mesurée lors du passage du pain (22) dans l'aire de contact. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on estime une composante latérale (Fy) comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte latérale (6y) exercée sur le pain (22), mesurée lors du passage du pain (22) dans l'aire de contact. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on estime une composante verticale (Fi) comme étant une fonction linéaire de l'intégrale de l'évolution de la contrainte verticale (6Z) exercée sur le pain, mesurée lors du passage du pain (22) dans l'aire de contact. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on estime la composante verticale (Fi) comme étant une combinaison linéaire des intégrales des évolutions des contraintes longitudinale (6X), latérale (6y) et verticale (6Z) exercées sur le pain (22), mesurées lors du passage du pain (22) dans l'aire de contact. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pain de gomme (22) appartient à un plan (16) sensiblement équatorial du pneumatique (10).-10- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la contrainte (6X, 6y, 6Z) est mesurée au moyen d'un capteur (24) noyé dans le pain (22), par exemple une capteur de type à clou. 10. Dispositif d'estimation d'au moins une composante (FX, Fy, FZ) d'une résultante (F) d'efforts exercés par une sol (12) sur un pneumatique (10) au cours de son roulage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24) de mesure d'une contrainte (6X, 6y, 6Z) exercée sur un pain (22) de gomme de la bande de roulement du pneumatique lorsque le pain (22) est situé dans l'aire de contact du pneumatique avec le sol (12).10