Brevet FR2933941A1 — publié le 20100122

PROCEDE DE CONTROLE DU SOUS-VIRAGE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE. La présente invention concerne le contrôle du comportement dynamique d'un véhicule routier, et notamment le contrôle et la correction automatique du sous-virage (CSV) d'un véhicule par rapport à la trajectoire désirée par le conducteur en virage. En effet, lorsque le véhicule s'inscrit dans un virage à une vitesse longitudinale trop élevée compte tenu des limites physiques imposées par l'adhérence entre les pneumatiques et le sol dans le virage, il devient impossible de respecter la courbure de la route et le véhicule commence à sous-virer. Aussi, selon un premier de ses objets, l'invention concerne plus précisément un procédé de contrôle du sous-virage d'un véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : - détecter une situation de sous-virage, - calculer une valeur de décélération de consigne nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage, et - appliquer ladite valeur de consigne à des organes du véhicule susceptibles de réduire la vitesse longitudinale du dit véhicule. Un tel procédé est connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le document de l'état de la technique antérieure FR 2776786. Toutefois, dans ce document, le procédé ne concerne que des véhicules à deux roues directrices. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution permettant le contrôle du sous-virage d'un véhicule routier à deux ou quatre roues directrices. Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci- avant, est essentiellement caractérisé en ce que le procédé comprend en outre des étapes consistant à : calculer la valeur d'un paramètre de répartition de la décélération de consigne, et répartir la décélération de consigne sur le train avant et sur le train arrière du véhicule en fonction de la valeur du paramètre de répartition. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Le programme d'ordinateur selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre par une unité de contrôle électronique (ECU) du véhicule. Le procédé de contrôle selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre comme une sous fonction d'un système de stabilité programmée (ESP), car elle permet notamment avantageusement de piloter conjointement le moteur et le système de freinage ; et il s'inscrit avantageusement dans le cadre d'un contrôle global de châssis (GCC), notamment du fait que les signaux nécessaires au fonctionnement nominal de l'invention sont communs aux autres stratégies du contrôle global de châssis. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre 5 10 d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre une vision synoptique d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un dispositif de calcul du paramètre de répartition selon l'invention, et la figure 3 illustre une architecture fonctionnelle de l'invention. Dans le contexte de l'invention, on définit les valeurs suivantes. - av : l'angle de braquage des roues avant. Cette valeur (transmise par un signal) peut être obtenue par 15 exemple au moyen d'un capteur de position placé sur la colonne de direction du volant conducteur. - ah : la consigne, ou l'angle, de braquage des roues arrière. Dans le cas d'une voiture à quatre roues directrices, cette consigne peut être fournie par exemple 20 par la stratégie (algorithme) qui gère le braquage des roues arrière. - Vx : l'estimation (ou la mesure) de la vitesse longitudinale du véhicule. Cette information peut par exemple être calculée dans l'unité de contrôle 25 électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues et de vitesse de lacet du véhicule. - � : l'estimation de l'adhérence au centre de gravité du véhicule. Ce signal peut être calculé par 30 exemple dans l'unité de contrôle électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues et des accélérations longitudinale et latérale du véhicule. - yl : la vitesse de lacet du véhicule (mesurée ou estimée). - Y, : l'accélération transversale du véhicule (mesurée ou estimée). Cme : la valeur du couple moyen effectif fourni par le moteur du véhicule. Cette valeur peut être calculée par exemple par l'unité de contrôle électronique (ECU) injecteur au moyen de différents capteurs. - Cmr : la valeur du couple moteur requis par le conducteur suite à un enfoncement de la pédale d'accélérateur. Cette valeur peut être calculée par exemple par l'unité de contrôle électronique (ECU) injecteur au moyen de différents capteurs, notamment par un capteur de position placé sur la pédale d'accélérateur. - ntr : la valeur de démultiplication du couple moteur entre l'arbre moteur et la sortie du différentiel du train avant. Ce signal peut être calculé par exemple dans l'unité de contrôle électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues, de vitesse de rotation de l'arbre moteur, et d'engagement d'un rapport de boîte. - Cmcsv la consigne (ou sa valeur) de limitation du couple moteur. - Cvcsv et Chcsv : la consigne (ou sa valeur) du couple, de la pression, ou des efforts de freinage aux roues avant et aux roues arrière respectivement. Comme illustré figure 1, le procédé selon l'invention comprend une étape de détection d'une situation de sous-virage. Dans un mode de réalisation, on détermine dans un premier temps ocä+ ahmax l'angle de braquage maximal correspondant à un comportement du véhicule à la limite de la saturation en accélération transversale (c'est-à- dire Yt ≤ YtMAX =�~g avec YtMAX l'accélération transversale maximale) . lot, +ah max V22 +KuCSV x .T s • t g (El). De préférence, la valeur de Vx est mise à jour en temps réel. Dans l'équation (El) . • L est l'empattement du véhicule, • tis le taux de surbraquage du véhicule (c'est-à- dire un coefficient classique caractérisant le comportement statico-dynamique de référence du véhicule), et • ktisCSV un paramètre de réglage, par exemple pour 20 caractériser subjectivement le comportement sous-vireur du véhicule. De préférence, l'équation El est calculée à tout instant et le résultat est comparé à l'angle de braquage total réel du véhicule a,+ ah . 25 L'écart entre l'angle de braquage maximal ocä +ah max et l'angle de braquage total réel av+ ah détermine l'écart de comportement Eew du véhicule. On peut ainsi définir l'équation suivante : �csv = min4av +ah - av +ah),0) Dans un autre mode de réalisation, alternatif, le 10 procédé comprend une étape consistant à estimer l'angle de braquage total du véhicule av+ ahes, à partir de la vitesse longitudinale Vx et de l'accélération latérale yt du véhicule : "L av +ah , -2 + 2scsv •1s yt (El ) 15 Cette variante présente l'avantage d'être indépendante de � l'estimation de l'adhérence au centre de gravité du véhicule, correspondant à un signal d'adhérence pneu-sol, et dont l'estimation est souvent entachée d'erreur. 20 Dans un autre mode de réalisation, alternatif lui aussi, l'estimation de l'angle de braquage total du véhicule av+ ah, est réalisée à partir de la vitesse longitudinale Vx du véhicule et de la vitesse de lacet yl du véhicule : ( L + ktscsv ti s Vx Vx av +ah = esbc • 25 •0 (El") i De la même manière que dans la variante précédente, ce mode de réalisation présente l'avantage d'être indépendant du signal d'adhérence pneu-sol �. A partir d'une de ces deux variantes, on peut 5 obtenir l'écart de comportement en sous-virage Ecsv par la fonction suivante : �csv = mi4cä +ah es, û av +ah +0,0) (E2' ) où E est un paramètre de réglage positif (pouvant éventuellement dépendre de la vitesse longitudinale et de 10 l'adhérence estimées). On notera que pour un véhicule à deux roues directrices uniquement, il convient pour l'une quelconque des équations précédentes El, El', El", E2 et E2' de déterminer ah=0. 15 Lorsqu'une situation de sous-virage est détectée, le procédé selon l'invention comprend une étape de calcul d'une valeur de décélération de consigne Vxcsv nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage. A cet effet, cette valeur de décélération de 20 consigne Vxcsv est calculée à partir de l'écart de comportement en sous-virage Ecsv calculé selon l'une des équations E2 ou E2' précédente : V x c s v = k w x c s v E csv (ti) • ch + kpVxcsv ' s csv Les gains ktvxcsv et kpvxcsv permettent d'ajuster la rapidité avec laquelle le véhicule va décélérer, donc l'efficacité et le confort du contrôle. La décélération longitudinale de consigne Vxcsv peut 5 être une fonction linéaire par morceaux croissante de l' erreurEcsv Lorsque la valeur de décélération Vxcsv est calculée, le procédé selon l'invention comprend une étape de calcul de la valeur d'un paramètre nccsv de répartition 10 de la décélération de consigne. Cette répartition permet de choisir la répartition de la quantité Vxcsv a appliquer entre le train avant (moteur et freins avant) et le train arrière (freins arrière) du véhicule. En effet, lors du sous-virage, le train avant est à 15 la limite de la saturation. Par conséquent, si on choisit de décélérer le véhicule en agissant exclusivement sur les freins arrière, le train arrière risque de saturer et le véhicule risque ainsi un survirage. Pour limiter ce risque, selon l'invention, on 20 introduit le paramètre variant NhcsvE 10;1} représentant la répartition de décélération Vxcsv entre le train avant et le train arrière du véhicule, la décélération Vxcsv étant celle nécessaire pour réduire l'écart �csv sans pour autant saturer le train arrière. 25 Plus la valeur du paramètre nccsv s'approche de la valeur 0, plus le train arrière est sollicité pour décélérer le véhicule, c'est-à-dire que l'on transfère progressivement la quantité Vxcsv du train avant au train arrière. Le paramètre nccsv de répartition est de préférence proportionnel à l'écart ccsV et à son intégrale. La figure 2 illustre un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour déterminer à tout instant la valeur souhaitée du paramètre de répartition rhCSV L'écart de comportementEcsv du véhicule est connu (cf. précédemment) et fourni en entrée d'un dispositif de régulation de type PI par exemple. De préférence, le contrôle de la variation ONhcsv du paramètre Nhcsv est exécuté autour de sa valeur nominale NhCSVO • De plus, étant donné que le paramètre rhCSV est compris entre 0 et 1, la saturation de ONhcsv a lieu entre -NhCSVO et 1ûYhCSVO • Le contrôle est donc très simple, et 15 une stratégie de type PI avec anti-saturation (antiwindup) peut être suffisante. Sur cette figure, avec une régulation PI, on a : kprvhcsv le gain � intégral �, kjrvhcsv le gain � proportionnel �, et 20 S représente la variable de Laplace utilisée lors d'une transformation de Laplace Le procédé selon l'invention comprend avantageusement en outre une étape de répartition de la décélération de consigne sur le train avant et sur le 25 train arrière du véhicule en fonction de ladite valeur du paramètre de répartition nccsv : grâce à cette valeur et à l'équation E3, on peut traduire la demande de décélération VXCSV calculée précédemment en consigne de couples de décélération, en l'espèce de limitation de couple moteur et en requêtes de freinage (couples/efforts/pression de freinage). A cet effet, le procédé selon l'invention comprend une étape de calcul des consignes de couples de décélération, c'est-à-dire de limitation du couple moteur, et des consignes de freinage, des roues avant et arrière. On définit ainsi Cwhlvcsv : le couple de décélération à fournir sur le 10 train avant pour décélérer le véhicule de la quantité Vxcsv déterminée, et Cwhlhcsv : le couple de décélération à fournir sur le train arrière pour décélérer le véhicule de la quantité Vxcsv déterminée. 15 De préférence, on fait les hypothèses suivantes : * l'angle de braquage des roues avant est petit, * les dynamiques de rotation des roues sont négligées devant celles caractérisant la trajectoire du véhicule, 20 * chaque roue motrice d'un train donné reçoit la moitié du couple provenant de la transmission, * le rayon R de chaque roue et de son pneu correspondant est constant, * les forces aérodynamiques résistantes à l'avancée 25 du véhicule sont négligées. On peut alors écrire l'équation suivante : i={v,h j={r,l m ' VxCSV = L Cwh1e'SV /R où Cwhll~CSV est le couple total agissant au niveau de la roue i = {v : avant, h : arrière}; j = {r : droite,/ : gauche}) ,et m la masse du véhicule. On a donc : CwhtvCSV ù CwhtvrCSV + CwhtvJCSV et CwhlhCSV ù CwhlhrCSV + CwhlhlCSV En introduisant la répartition avant/arrière rhCSV, et en distinguant la droite r et la gauche 1 du véhicule on obtient le système suivant : 10 CwhlvCSV = rvhCSV . R • m VxCSV ~ 0 CwhlhcSV = (1ù rvhCSV ' R m VxCSV 0 Ainsi, si r hCSV 1 c'est le train avant qui prend totalement en compte la décélération Vxcsv, tandis que si 15 nccsv=0 c'est le train arrière qui prend en compte la totalité de la quantité Vxcsv. A titre d'exemple, dans le cas d'un véhicule à traction, le couple au niveau du train avant peut se décomposer de la manière suivante : 20 Cwhly = ntr Cm + Cbv (E 4) , où Cby est le couple de freinage global du train avant, Cm le couple moteur, et ntr le rapport de boîte. 25 Il est souhaitable dans un premier temps de décélérer le train avant, par le couple moteur, de la quantité Cwh1vCSV ~ 0 12 CmCSV Cwh1vCSV I Cmdes ` E 5 ) où Cmdes est le couple désiré par le conducteur. On peut donc déterminer la valeur (requête) du couple moteur Cmcsv à fournir pour décélérer de la 5 quantité VxcsV déterminée, à partir du couple désiré par le conducteur Cmdes et du couple de décélération à fournir sur le train avant Cwhlvcsv Si le contrôle moteur ne peut pas satisfaire toute la requête Cmcsv, il est souhaitable de ralentir d'avantage le véhicule en utilisant en outre le système de freinage. On définit ainsi ù CbvCSV . le couple de freinage à appliquer au train avant, et Cbhcsv : le couple de freinage à appliquer au train arrière. Le procédé selon l'invention comprend alors en outre une étape de détermination de la valeur des couples de freinage CbVCSV bhCSV à appliquer respectivement au train avant et arrière. bhCSV CwhlhCSV ~ 0 (E7) 2933941 A partir de (E4) - (E5) , on établit alors CbvCSV = (CmCSV Cm) • ntr (E6) La borne supérieure du signal (E6) est limitée par 0 car seuls des couples de valeur négative sont pris en 25 compte. Au niveau du train arrière, de manière similaire à la démarche menée pour le train avant, on obtient : Une fois connues les quantités de couple de freinage CbvCSV , CbhCSV des trains avant et arrière nécessaires pour décélérer le véhicule de la quantité VxcsV, on peut alors choisir la répartition droite/gauche des couples de freinage. La façon la plus simple est de repartir de façon équitable les couples Cwh1v et Cwhlh , c . à . d. 1CbvrCSV = Cbv1CSV = CbvcsV /2 La grandeur Cblicsv est définie comme le couple de freinage à la roue i, j (où i= v ou h, pour respectivement l'avant et l'arrière, et j= r ou 1, pour respectivement les côtés droit et gauche du véhicule), pour la loi CSV. L'équation (E8) fait apparaître des couples Cbvlcsv, CbvrCSVr Cbh1CSV et CbhrCSVr qui sont désignés par la notation commune Cblicsv• A distinguer de la notation Cbvcsv ou Cbhcsv qui désignent les couples de freinage totaux, aux trains avant et arrière respectivement. Dans le cas où les freins sont pilotés en efforts, on peut traduire la relation E8 par la relation : FCSVIi = CbijCSV / R La figure 3 illustre une architecture fonctionnelle de l'invention. Cette architecture comprend : - des calculateurs 1 d'un système de stabilité programmée ESP et d'un système antiblocage des roues freinées ABS, ils hébergent un algorithme pilotant les pressions ou les couples de freinage des roues avant 3 et arrière 4, - un calculateur d'injection 5, qui héberge 10 notamment un algorithme pilotant l'injection du moteur du véhicule, - des étriers de freins pilotés par les calculateurs 1 et agissant sur les roues avant 3 et arrière 4, 15 - un véhicule 6 et ses organes classiques (moteur, volant, capteurs, etc...), et - un bus CAN 2. - Les organes classiques du véhicule 6 sont reliés directement par une liaison filaire et/ou par le 20 bus CAN 2 aux calculateurs d'un système de stabilité programmée ESP et d'un système antiblocage des roues freinées ABS 1 et délivrent des informations véhicules classiques (angle volant, position de la pédale d'accélérateur, etc...), 25 - les organes classiques du véhicule 6 sont également reliés directement par une liaison filaire et/ou par le bus CAN 2 au calculateur d'injection 5, - les calculateurs d'un système de stabilité programmée ESP et d'un système antiblocage des roues 30 freinées ABS 1 sont reliés d'une part au calculateur d'injection 5, et d'autre part aux étriers (actionneurs) de freins des roues avant 3 et arrière 4. Ainsi par exemple une information issue d'un capteur du frein avant 3 peut être délivrée au calculateur d'injection 5 par l'intermédiaire du bus 2. Par ailleurs, lorsque cela est possible vis-à-vis de la définition technique du véhicule, le procédé selon l'invention comprend avantageusement une limitation variable des glissements des roues (au sein de l'algorithme du système antiblocage des roues freinées ABS). Ce qui permet de tolérer des glissements importants au niveau des roues arrière, par conséquent de dégrader l'accélération latérale du train arrière et de favoriser l'inscription en virage du véhicule. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du sous-virage d'un véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : - détecter une situation de sous-virage par le calcul d'un écart de comportement (�csv) du véhicule, calculer une valeur de décélération de consigne (Vxcsv) nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage, et appliquer ladite valeur de consigne (Vxcsv) à des organes du véhicule susceptibles de réduire la vitesse longitudinale dudit véhicule, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre des étapes consistant à : calculer la valeur d'un paramètre (Nhcsv) de répartition de la décélération de consigne, et répartir la décélération de consigne (Vxcsv) sur le train avant et/ou sur le train arrière du véhicule en fonction de la valeur du paramètre (Nhcsv) de répartition. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape dans laquelle on détermine l'angle de braquage maximal ( ocä +ah max) correspondant à un comportement du véhicule à la limite de la saturation en accélération transversale. 3. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape consistant à estimer l'angle de braquage total du véhicule (av+ ahes,) à partir de la vitesse longitudinale (Vx) et de l'accélération latérale (yt) du véhicule. 4. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape consistant à estimer l'angle de braquage total du véhicule (av+ ahes,) à partir de la vitesse longitudinale (Vx) et de la vitesse de lacet (Ili) du véhicule. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paramètre (Nhcsv) de répartition est calculé de sorte à ne pas saturer le train arrière du véhicule. 6. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, dans lequel la décélération ( Vxcsv ) et/ou le paramètre (Nhcsv) de répartition sont proportionnels à l'écart (Ecsv) et à son intégrale. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape 15 consistant à calculer le couple de décélération à fournir sur le train avant (CWhtvcsv ) et sur le train arrière (Cwhlhcsv) pour décélérer le véhicule de la quantité Vxcsv déterminée. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en 20 outre une étape de détermination de la valeur du couple moteur (Cmcsv) à fournir pour décélérer de la quantité (Vxcsv) déterminée, à partir du couple désiré par le conducteur (Cmdes) et du couple de décélération à fournir sur le train avant (CWhzvcsv ) 25 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre une étape de détermination de la valeur des couples de freinage (Cbvcsv, Cbhcsv ) à appliquer respectivement au train avant et arrière. 10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.