Brevet FR2924661A1 — publié le 20090612

-1- La présente invention concerne le domaine de l'assistance à la conduite d'un véhicule automobile. En particulier, mais non exclusivement, l'invention concerne les dispositifs d'assistance électronique utilisés par exemple pour la régulation antiblocage des freins d'un véhicule ou la régulation anti-patinage des roues motrices ou le contrôle de trajectoire d'un véhicule. Afin de contrôler le comportement d'un véhicule, on cherche à déterminer certains paramètres de roulage tels que la température d'un pneumatique, sa pression de gonflage, ou son angle de dérive. L'invention concerne plus particulièrement l'estimation de l'angle de dérive d'un pneumatique. On rappelle que l'angle de dérive d'un pneumatique est l'angle formé entre le plan équatorial du pneumatique et la direction de déplacement instantanée du pneumatique. Lorsque le véhicule roule en ligne droite, l'angle de dérive est sensiblement nul. En revanche, lorsque le véhicule est en virage, cet angle est non nul, du fait des contraintes latérales exercées par le sol sur le pneumatique. On connaît du document WO 2005 043106 un procédé d'estimation d'un angle de dérive d'un pneumatique dans lequel on mesure la longueur de l'aire de contact du pneumatique avec le sol, la charge exercée sur le pneumatique et l'angle de carrossage du pneumatique. On estime ensuite l'angle de dérive à partir de ces trois paramètres et d'un modèle comportemental du pneumatique. Ce procédé connu est complexe à mettre en oeuvre et peu précis du fait de la complexité du modèle comportemental du pneumatique utilisé. L'invention a notamment pour but de fournir un procédé d'estimation d'un angle de dérive d'un pneumatique plus performant. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'estimation d'un angle de dérive d'un pneumatique en roulage sur un sol, comprenant une étape d'estimation de l'angle de dérive en fonction d'au moins une mesure d'une contrainte transversale à un plan équatorial du pneumatique, exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique lorsque le pain est situé en une position donnée de l'aire de contact du pneumatique avec le sol. Des essais ont montré que l'angle de dérive d'un pneumatique en roulage sur un sol est une fonction simple de la contrainte transversale exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique. Les caractéristiques de la fonction peuvent être déterminées en laboratoire, par exemple en faisant rouler un pneumatique sur une machine de mesure de type rouleuse et en le soumettant à des efforts connus. Une fois que cette fonction est déterminée, le procédé de l'invention permet de connaître l'angle de dérive d'un pneumatique sensiblement en temps réel de manière rapide et fiable. 2924661 -2- Un procédé selon l'invention peut en outre comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. - L'angle de dérive est une fonction linéaire de la différence entre la contrainte exercée sur le pain en la position donnée et la contrainte exercée sur le pain en entrée de 5 l'aire de contact, la position donnée étant prédéterminée. - L'angle de dérive est une fonction linéaire de la différence entre la contrainte exercée sur le pain en la position donnée et la contrainte exercée sur le pain en entrée de l'aire de contact, divisée par la distance entre la position donnée et l'entrée de l'aire de contact, la position donnée étant quelconque. 10 - L'angle de dérive est une fonction linéaire de l'intégrale, entre l'entrée de l'aire de contact et la position donnée, de la contrainte exercée sur le pain, la position donnée étant prédéterminée. - L'angle de dérive est une fonction linéaire de l'intégrale, entre l'entrée de l'aire de contact et la position donnée, de la contrainte exercée sur le pain, divisée par la distance 15 entre la position donnée et l'entrée de l'aire de contact, la position donnée étant quelconque. - L'angle de dérive est une fonction linéaire de l'intégrale, entre l'entrée de l'aire de contact et la position donnée, de la dérivée de la contrainte exercée sur le pain en fonction de sa position dans l'aire de contact, la position donnée étant prédéterminée. 20 - L'angle de dérive est une fonction linéaire de l'intégrale, entre l'entrée de l'aire de contact et la position donnée, de la dérivée de la contrainte exercée sur le pain en fonction de sa position dans l'aire de contact, divisée par la distance entre la position donnée et l'entrée de l'aire de contact, la position donnée étant quelconque. - La position donnée est telle que sa distance à l'entrée de l'aire de contact est 25 comprise entre 10% et 30% de la longueur de l'aire de contact. - La contrainte est mesurée au moyen d'un capteur noyé dans le pain, par exemple un capteur de type à clou. L'invention a également pour objet un dispositif d'estimation d'un angle de dérive d'un pneumatique, comprenant des moyens de mesure d'une contrainte transversale à un 30 plan équatorial du pneumatique, exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique, et des moyens d'estimation de l'angle de dérive en fonction de la contrainte mesurée. 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 : 35 - la figure 1 est un schéma d'un pneumatique en roulage sur un sol mettant en évidence son angle de dérive ; 2924661 -3- û la figure 2 est un schéma selon une coupe axiale du pneumatique de la figure 1 montrant un détail de la bande de roulement ; û la figure 3 est un schéma selon une coupe verticale du pneumatique de la figure 1 au cours de son roulage sur le sol ; 5 û la figure 4 est un graphique représentant l'évolution de la contrainte transversale exercée dans un pain du pneumatique de la figure 1 au cours d'une rotation, pour différents angles de dérive ; û les figures 5 à 7 sont des graphiques représentant l'évolution de la valeur de l'angle de dérive en fonction respectivement de la valeur d'une contrainte transversale en 10 un point donné, de l'intégrale entre deux points donnés de la contrainte transversale, et de l'intégrale entre deux points donnés de la dérivée de la contrainte. La figure 1 est un schéma en coupe dans un plan horizontal d'un ensemble d'une roue 10 et d'un pneumatique 12 appartenant à un véhicule (non-représenté), en roulage sur un sol 13. Le pneumatique 12 évolue le long d'une trajectoire 14. La roue 10 et le 15 pneumatique 12 sont sensiblement symétriques par rapport à un plan équatorial 16 formant le plan de rotation de l'ensemble de la roue 10 et du pneumatique 12. On note O le centre de rotation de la roue. On définit un repère XYZ lié à la roue, dans lequel : û la direction X est horizontale et appartient au plan équatorial 16, 20 û la direction Y est orthogonale au plan équatorial 16, c'est-à-dire confondue avec l'axe de rotation de la roue, û la direction Z est verticale. Au cours du roulage du pneumatique 12 sur le sol 13, des efforts sont exercés par le sol 13 sur le pneumatique 12. En particulier, lorsque le pneumatique 12 est en virage, il 25 subit des efforts transverses au plan 16 appliqués dans la direction Y. Du fait de ces efforts transverses, à un instant donné, la direction 18 de déplacement du centre O du pneumatique n'appartient pas au plan équatorial 16 du pneumatique. La direction 18 est tangente à la trajectoire 14 du pneumatique. On note ô l'angle entre la direction 18 et le plan équatorial 16. Cet angle ô est 30 appelé angle de dérive du pneumatique 12. Le pneumatique 12 comprend une bande de roulement comportant des pains de gomme 20 représentés en détail sur la figure 2. Ces pains de gomme 20 sont parfois également appelés sculptures. Le pneumatique 12 comprend un capteur 22 de contraintes noyé dans l'un des pains de gomme 20, de préférence dans un pain 20 35 appartenant au plan équatorial 16. Le capteur 22 est agencé pour mesurer des 2924661 -4- contraintes transversales au plan équatorial 16 du pneumatique 12, c'est-à-dire des contraintes exercées dans la direction Y. Le capteur 22 est par exemple un capteur de type à clou tel que celui décrit dans le document EP-A1-1 275 949. 5 On a représenté sur la figure 3 une vue de côté du pneumatique 12 lors de son roulage sur le sol 13. Le sens de rotation du pneumatique 12 est symbolisé par une flèche 24. Sous l'effet du poids du véhicule, le pneumatique 12 est écrasé contre le sol 13 de sorte qu'il est en contact avec le sol 13 le long d'une aire de contact 26 de forme 10 sensiblement rectangulaire. Au cours de la rotation du pneumatique 12, le pain de gomme 20 comprenant le capteur 22 passe régulièrement dans l'aire de contact 26. On note E la position occupée par le pain de gomme 20 lorsqu'il entre dans l'aire de contact 26 et S la position occupée par le pain de gomme 20 lorsqu'il sort de l'aire de contact 26. 15 Lorsque le pain de gomme 20 du pneumatique 12 est en dehors de l'aire de contact 26, il est au repos et ne subit sensiblement aucune contrainte transversale. En revanche, lorsque le pain 20 passe dans l'aire de contact 26, il subit des contraintes transversales dues à la dérive du pneumatique. Des mesures en laboratoire ont été réalisées pour étudier les signaux fournis par le 20 capteur 22 au cours du roulage du pneumatique sous différents angles de dérive. Pour cela, on fait rouler sur une rouleuse un ensemble d'une roue et d'un pneumatique équipé d'un capteur de contraintes. Le pneumatique utilisé est de type tourisme, chargé à 400 daN, sous une pression de gonflage de 2.5 bar et roulant sur un sol sec à 60 km/h. Les signaux fournis par le capteur sont enregistrés pour différentes valeurs 25 déterminées de l'angle de dérive du pneumatique. Pour fixer l'angle de dérive, on modifie la direction de l'axe de rotation de la roue par rapport à la direction de roulage imposée par la rouleuse. Les résultats de ces essais sont représentés sur la figure 4 qui montre l'évolution du signal fourni par le capteur 22 au cours d'une rotation du pneumatique, pour différentes 30 valeurs d'angle de dérive du pneumatique. On a représenté par les lettres E et S les positions occupées par le capteur en entrée et en sortie de l'aire de contact. La distance entre les positions E et S correspond à la longueur de l'aire de contact. On remarque sur le graphique de la figure 4 qu'en dehors de l'aire de contact, le signal fourni par le capteur est sensiblement nul car les contraintes exercées sur le pain 35 de gomme 20 sont sensiblement nulles. En revanche, lors du passage du capteur dans l'aire de contact 26, le signal est non nul du fait des contraintes latérales. On observe -5- également que, pour deux angles de dérive opposés, les signaux fournis par le capteur sont sensiblement opposés. On remarque que pour un angle de dérive donné, le signal fourni par le capteur comprend une première partie dans laquelle il croît en valeur absolue à mesure que le capteur progresse dans l'aire de contact et une seconde partie dans laquelle il décroît en valeur absolue à mesure que le capteur progresse dans l'aire de contact. Dans la première partie, l'évolution du signal est sensiblement linéaire. On note P une position donnée du capteur dans l'aire de contact. La position P est choisie de sorte que la valeur du signal fourni par le capteur lorsqu'il occupe la position P, appartient à la première partie de l'évolution du signal, quelle que soit la valeur de l'angle de dérive. De préférence, la distance entre les positions P et E est comprise entre 10 % et 30 % de la longueur de l'aire de contact 26. On choisit une position Po quelconque telle que la distance entre les positions Po et E est comprise entre 10 % et 30 % de la longueur de l'aire de contact 26. Premier critère La figure 5 est un graphique représentant l'évolution de l'angle de dérive ô du pneumatique en fonction de la différence entre la contrainte mesurée en la position Po et la contrainte mesurée en la position E d'entrée de l'aire de contact. Pour une valeur d'angle de dérive donnée, quatre valeurs de contraintes sont représentées, correspondant respectivement aux valeurs obtenues sur route sèche ou humide, avec ou sans contrainte longitudinale appliquée au pneumatique. On constate que quelles que soient les conditions de roulage, cette évolution est sensiblement linéaire et qu'elle peut donc être modélisée par une première fonction/ suivante : 6 = f (SY)=Ki(Po)•[SY(Po)ûSY(E)] où Sy(I) est la valeur de la contrainte transverse mesurée par le capteur lorsqu'il est dans une position 1, Po est une position donnée de l'aire de contact et Ki est une constante qui est fonction de la position Po . Le seul paramètre de la fonction f à déterminer est la constante Ki . Une fois que cette constante est déterminée, on peut estimer l'angle de dérive du pneumatique à un instant donné en mesurant la contrainte transverse lorsque le capteur est dans la position Po pour laquelle la valeur de Ki a été déterminée. Il est important de noter que la constanteK1 n'est valable que lorsque la contrainte est mesurée dans la position Po . -6- Pour éviter que le coefficient de proportionnalité K ne dépende de la position P de mesure de la contrainte, on peut également déterminer un coefficient K2 de sorte que l'angle de dérive est modélisable par une deuxième fonction f2 : [Sy(P) ùS, (E) 6 -f2 (sy) ù K2. dist(PE) où dist(PE) est la distance entre P et E. Le coefficient K2 défini ci-dessus est indépendant de la position P. On peut donc mesurer la contrainte transverse pour une position P quelconque à condition que cette position soit facilement déterminable pour pouvoir mesurer la distance entre P et E. De préférence, la distance entre les positions P et E est comprise entre 10 % et 30 % de la longueur de l'aire de contact 26. Deuxième critère La figure 6 est un graphique représentant l'évolution de l'angle de dérive ô du pneumatique en fonction de l'intégrale entre les positions E et Po de la contrainte mesurée. On constate que cette évolution est sensiblement linéaire et qu'elle peut donc être modélisée par une troisième fonction f3 suivante : ç (~P 6 =f3(SY)=K3(Po).JE0S,(I)dl Le seul paramètre de la fonction f3 à déterminer est la constante K3. Une fois que cette constante est déterminée, on peut estimer l'angle de dérive du pneumatique à un instant donné en mesurant l'évolution de la contrainte transverse entre les positions E et Po puis en calculant l'intégrale de cette évolution. Il est important de noter que la constanteK3 n'est valable que lorsque la contrainte est mesurée entre les positions E et Po . On peut également déterminer un coefficient K4 de sorte que l'angle de dérive est modélisable par une quatrième fonction f4 : 8 = / 4 (SY) dlS (P E) J E SY (I )d1 Il est important de noter que la constante K4 n'est valable que lorsque la contrainte est mesurée entre les positions E et Po. Dans ce cas, il est de plus nécessaire de connaître la distance entre la position Po et la position E d'entrée dans l'aire de contact. Troisième critère 2924661 -7- La figure 7 est un graphique représentant l'évolution de l'angle de dérive ô du pneumatique en fonction de l'intégrale entre les positions E et Po de la dérivée de la contrainte mesurée. On constate que cette évolution est sensiblement linéaire et qu'elle peut donc être modélisée par une cinquième fonction f5 suivante. 5 8 = f5 \SY) = K5 (Po ).JET dl (SY (l ))dl En variante, on peut également déterminer un coefficient K6 de sorte que l'angle de dérive est modélisable par une sixième fonction f6 : S = f6 (S'y ) = dist(P E) .JE dl (SY (I ))dl Les figures 4 à 7 ont montré que l'angle de dérive peut être exprimé simplement en 10 fonction de l'évolution de la contrainte transversale exercée dans un pain de gomme. Dans la pratique, pour estimer l'angle de dérive d'un pneumatique, on procède donc de la manière suivante. On choisit tout d'abord un type de pneumatique pour lequel on souhaite disposer d'un procédé d'estimation de l'angle de dérive. 15 On réalise des essais de roulage d'un pneumatique de ce type pour obtenir un graphique similaire à celui de la figure 4. A partir de ce graphique, on détermine un ou plusieurs des paramètres Kl à K6 associés à une position Po donnée du capteur dans l'aire de contact. On configure ensuite un calculateur d'un véhicule équipé de pneumatiques du type 20 choisi, avec les valeurs des paramètres déterminées. Enfin, lors de l'utilisation du véhicule, on mesure les contraintes transverses exercées dans les pneumatiques et on détermine l'angle de dérive grâce à l'un ou plusieurs des paramètres choisis. Une ou plusieurs des six fonctions f précédemment définies peuvent être utilisées pour estimer l'angle de dérive. On peut par exemple 25 réaliser une moyenne pondérée des angles de dérive estimés par ces six fonctions. Des essais réalisés en conditions sèche ou humide, en dérive pure ou croisée avec des sollicitations longitudinales ont montré que le procédé de l'invention permet d'obtenir une estimation de l'angle de dérive précise à 0.5° près. On notera que dans le procédé d'estimation qui vient d'être décrit, la mesure des contraintes en différentes position de l'aire de contact est réalisée par un même capteur qui se déplace dans l'aire de contact lors de la rotation du pneumatique. On peut également mettre en oeuvre le procédé en utilisant plusieurs capteurs localisés dans 2924661 -8- plusieurs pain de gomme répartis circonférentiellement sur le pneumatique, et en mesurant les valeurs de contraintes fournies simultanément par tous les capteurs. 5 REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation d'un angle de dérive (ô) d'un pneumatique (12) en roulage sur un sol (13), caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'estimation de l'angle de dérive (ô) en fonction d'au moins une mesure d'une contrainte transversale (Sy) à un plan équatorial (16) du pneumatique (12), exercée sur un pain de gomme (20) de la bande de roulement du pneumatique (12) lorsque le pain (20) est situé en une position donnée (P) de l'aire de contact (26) du pneumatique (12) avec le sol (13). 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f) de la différence entre la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20) en la position donnée (Po) et la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20) en entrée (E) de l'aire de contact (26), la position donnée étant prédéterminée. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f2) de la différence entre la contrainte (SY ) exercée sur le pain (20) en la position donnée (P) et la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20) en entrée (E) de l'aire de contact (26), divisée par la distance entre la position donnée (P) et l'entrée (E) de l'aire de contact (26), la position donnée étant quelconque. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f3) de l'intégrale, entre l'entrée (E) de l'aire de contact (20) et la position donnée (Po), de la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20), la position donnée étant prédéterminée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f4) de l'intégrale, entre l'entrée (E) de l'aire de contact (26) et la position donnée (Po), de la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20), divisée par la distance entre la position donnée (Po) et l'entrée (E) de l'aire de contact (26), la position donnée (Po) étant quelconque. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f5) de l'intégrale, entre l'entrée (E) de l'aire de contact et la position donnée (Po), de la dérivée de la contrainte (Sy) exercée sur le pain (20) en fonction de sa position dans l'aire de contact (26), la position donnée étant prédéterminée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de dérive (ô) est une fonction linéaire (f6) de l'intégrale, entre l'entrée (E) de l'aire 2924661 -10- de contact (26) et la position donnée, de la dérivée de la contrainte exercée sur le pain (20) en fonction de sa position dans l'aire de contact (26), divisée par la distance entre la position donnée et l'entrée de l'aire de contact, la position donnée étant quelconque. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la 5 position donnée (P, Po) est telle que sa distance à l'entrée de l'aire de contact est comprise entre 10% et 30% de la longueur de l'aire de contact. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la contrainte (Sy) est mesurée au moyen d'un capteur (22) noyé dans le pain (20), par exemple un capteur de type à clou. 10 10. Dispositif d'estimation d'un angle de dérive d'un pneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure d'une contrainte transversale à un plan équatorial du pneumatique, exercée sur un pain de gomme de la bande de roulement du pneumatique, et des moyens d'estimation de l'angle de dérive en fonction de la contrainte mesurée. 15