Brevet FR2930923A1 — publié le 20091113

PROCEDE DE CONTROLE D'UN SYSTEME DE PILOTAGE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE D'UNE CAISSE DE VEHICULE AUTOMOBILE. La présente invention concerne le domaine du contrôle du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : établir une matrice d'inertie du véhicule, et piloter le comportement dynamique de la caisse de véhicule en fonction des valeurs de la matrice 15 d'inertie. Un tel procédé est connu de l'homme du métier. Typiquement, à l'heure actuelle, les systèmes de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile, dits systèmes pilotés du châssis, utilisent 20 un modèle de référence comprenant une matrice d'inertie pour prédire la dynamique du véhicule. Pour calculer les moments et produits d'inertie de la matrice d'inertie, il faut disposer d'une description assez fine de la répartition des masses dans les trois 25 dimensions. Elles peuvent être mesurées sur un banc oscillant (les inerties sont alors déduites de la pulsation libre), ou par analyse modale. Elles peuvent être également calculées par méthode 30 numérique à partir d'un modèle de CAO du véhicule, ou par estimation à partir de formules empiriques. Ces dernières sont le plus souvent utilisés pour les calculs de dynamique véhicule. Or dans les systèmes actuels, cette matrice d'inertie est renseignée préalablement dans le modèle de référence avec des valeurs (caractéristiques d'inertie) constantes, ce qui implique l'inconvénient de n'approcher les inerties réelles que pour une version donnée de véhicule. Les versions extrêmes (petites motorisations sans option lourde et forte motorisation avec options lourdes) sont donc paramétrées de manière imparfaite. En outre, le fait de renseigner au préalable la matrice d'inertie implique de ne prendre en compte qu'un état de charge du véhicule. Or, en conditions réelles, les masses et leur répartition dans le véhicule varient (nombre de passagers, position de la charge dans le coffre ou sur le toit). Les valeurs constantes de la matrice sont en général déterminées en fonction d'un état de charge moyen (le plus fréquent). Comme précédemment, les états de charge extrêmes (véhicule vide, réservoir presque vide avec une personne à bord et véhicule au poids total maximum admissible) sont donc pris en compte de manière imparfaite. Par conséquent, les incertitudes sur les valeurs de la matrice d'inertie pénalisent l'efficacité et la précision du/des contrôleur(s) du dit système, ce qui est non seulement dommageable en cas de situation à risque (accidentogène), mais également nuit au confort des occupants et à la tenue de route du véhicule. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution visant à améliorer la précision actuelle. Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes consistant à : déterminer les efforts au pied de chaque roue du véhicule, et en fonction de ceux-ci : déterminer les caractéristiques inertielles du véhicule, et mettre à jour des valeurs de la matrice d'inertie. De préférence, la détermination des efforts au pied de chaque roue du véhicule est comprend une étape consistant à mesurer les efforts au pied de chaque roue du véhicule par des capteurs d'effort. Selon l'invention, la mesure des efforts appliqués à une roue donnée peut se faire au niveau du roulement de la roue, du pneu, ou de tout élément mécanique permettant de reconstruire le torseur d'efforts appliqués à la roue. Dans un mode de réalisation, la mise à jour des valeurs de la matrice d'inertie comprend une étape consistant à calculer lesdites valeurs en fonction desdits efforts en référence à un modèle. Dans un mode de réalisation, le système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile est au moins l'un des systèmes suivants : un système électronique de stabilité programmé, un système antiroulis actif, un système d'amortissement piloté, ou un autre système piloté, le procédé comprenant une étape de recalage du(des) modèle(s) de véhicule de référence dudit(desdits) système(s) par les valeurs mises à jour de la matrice d'inertie. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre des étapes consistant à : déterminer la charge du véhicule en fonction des efforts déterminés, et émettre un signal d'alarme (60) si la charge 10 déterminée est supérieure à une valeur seuil constante enregistrée. Grâce à l'invention, une connaissance en temps réel des efforts appliqués aux pieds de roues permet d'identifier les caractéristiques inertielles (centre de 15 gravité, axes principaux, matrices d'inertie) du véhicule. Grâce à l'invention, une meilleure connaissance des inerties du véhicule particulier améliore la définition et la prédiction du comportement dynamique d'un véhicule 20 dans différentes situations de roulage. Une meilleure connaissance des inerties par les systèmes pilotés du châssis améliore la sécurité active, le confort et le plaisir de conduite des véhicules. Grâce à l'invention, la prédiction de la dynamique 25 du véhicule est améliorée, notamment par le fait d'asservir la prédiction à la mesure des efforts. Avantageusement, la mesure des efforts permet de reconstruire l'accélération transversale, donc de pouvoir supprimer la nécessité d'un capteur d'accélération. 30 Selon l'invention, on peut également mettre en oeuvre, outre les capteurs d'effort, des capteurs d'inertie selon l'art antérieur, la prédiction de la trajectoire du véhicule est alors encore plus précise, et la détermination de la masse du véhicule (connaissant les efforts et l'accélération) facile. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention, et la figure 2 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les modèles de référence des systèmes pilotés utilisent classiquement des caractéristiques inertielles constantes renseignées lors du paramétrage de leur calculateur. Un modèle de dynamique véhicule reconstruit ensuite les efforts aux pieds de roues du véhicule. Par exemple aujourd'hui, les calculateurs de systèmes antiroulis actif disposent d'informations telles que : • l'accélération transversale du véhicule, • la vitesse du véhicule, • l'angle volant, et • la vitesse de lacet. A cet effet, des capteurs par exemple inertiels permettent de reconstruire les efforts verticaux à chaque roue mais, en complément des inconvénients cités en début de description, plusieurs difficultés pénalisent la précision de l'estimation, donc du pilotage du comportement dynamique. Par exemple, en régime quasi-stationnaire, l'estimation des efforts verticaux aux quatre roues est faite à partir d'informations pré-renseignées comme la masse du véhicule, la position dans l'espace du centre de gravité et une estimation des accélérations longitudinales et transversales subies par le véhicule. Ces deux dernières informations peuvent être mesurées à l'aide d'un capteur inertiel. Pour connaître les efforts à chaque roue, il faut une connaissance précise des raideurs et amortissements à chaque quart de véhicule. Or, ces valeurs dépendent de la position verticale de la roue, des raideurs parasites de la suspension, et de la contribution des éléments actifs et passifs intimement liés. Et la position verticale de la roue est liée à son état de charge. Par ailleurs, sur un coup de volant par exemple, les efforts verticaux varient en fonction des sollicitations dynamique de la caisse et des roues. En dehors du régime quasi-stationnaire, il faut prendre en compte les mouvements transitoires de la caisse en roulis et lacet couplés. Et les produits d'inerties sont particulièrement difficiles à déterminer. En outre, par simplification, on fait généralement l'hypothèse que le véhicule est symétrique par rapport à un plan xz, les produits d'inerties dans un plan xy et dans un plan yz sont parfois considérés comme nuls. Mais cette hypothèse simplificatrice peut s'avérer plus ou moins fausse suivant l'architecture du véhicule (ensemble moteur, boîte de vitesses, accessoires lourds déportés vers l'extérieur du véhicule...). Enfin, au niveau d'une roue subissant un battement vertical généré par des obstacles de la route, l'absorption de cette énergie par les éléments du châssis (pneu, articulation, amortissement, etc.) empêche une connaissance précise des efforts verticaux sur ladite roue. L'ensemble de ces éléments traduit qu'à l'heure actuelle, on utilise des estimations des efforts aux roues, ce qui implique des approximations, des imprécisions dans le pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile 100. Pour pallier à ces inconvénients, l'invention met en oeuvre des capteurs d'efforts. Les capteurs d'efforts 101, 102, 103, 104 sont positionnés par exemple au niveau des roulements, soit un capteur par roue. Un capteur d'effort comprend au moins une jauge de déformation, et sous l'effet des efforts appliqués un signal relatif à la déformation est émis et interprété par un algorithme configuré pour déterminer 20 précisément lesdits efforts appliqués. Grâce à ces capteurs d'efforts, on peut ainsi déterminer les efforts au pied de chaque roue du véhicule. En l'espèce on reconstruit pour chaque roue le torseur d'efforts dans les trois dimensions de l'espace d'un repère orthonormé OXYZ, avec OX l'axe longitudinal, OY l'axe transversal et OZ l'axe vertical. En fonction de ces efforts, on peut alors déterminer les caractéristiques inertielles 30 du véhicule. Les caractéristiques inertielles d'un véhicule comprennent dans le repère orthonormé XYZ : • la masse m du véhicule, • la position de centre de gravité G, • les moments d'inertie Ioxx, Ioyy, Iozz, et • les produits d'inertie Ioxy, Ioxz, Ioyz. Grâce à ces mesures d'efforts 10, on alors mettre à jour 40 des valeurs de la matrice d'inertie en remplaçant les valeurs enregistrées par les valeurs déterminées, issues des mesures. Pour la mise à jour, le calcul des valeurs de la matrice d'inertie comprend une étape consistant à calculer lesdites valeurs en fonction desdits efforts en référence à un modèle reposant sur les propriétés des modes de corps solides d'une structure suspendue. Le véhicule est considéré comme compose d'une masse suspendue sur quatre éléments (pour un véhicule à quatre roues) non suspendus en contact avec le sol. Selon l'invention le modèle comprend essentiellement deux composantes. Une première composante met en oeuvre le théorème de la résultante dynamique. La cinématique permet de connaître la position, la vitesse et l'accélération de tous les points du véhicule. m. Y ù E (Fext/véh ) L'accélération y (dans les trois dimensions) du centre de gravité G du véhicule en mouvement par rapport à un repère fixe 0 multipliée par la masse m du véhicule est égale à la somme des forces Fext/véh extérieures appliquées au solide (véhicule). Une deuxième composante met en oeuvre le théorème du moment dynamique. La dynamique permet de connaître les efforts et les couples en tous les points du véhicule. ô (véh/G) ù [M] • Fext/G Le moment dynamique ô (véh/G) du véhicule par rapport 30 à son centre de gravité G est égal à la somme des moments [M] des forces extérieures appliquées au véhicule ramenés au centre de gravité Fext/G. A partir des efforts mesurés, on peut alors déterminer la masse m et la répartition des masses du véhicule, donc la position du centre de gravité du véhicule, quelle que soit la charge et la présence éventuelle d'une remorque de celui-ci. Par exemple, lorsque le véhicule est arrêté sur sol horizontal, les efforts verticaux donnent directement le poids à chaque roue, ce qui permet de déduire directement la masse m du véhicule et la position dans le plan X,Y de son centre de gravité. Ainsi, grâce à l'invention, la masse m du véhicule chargé étant déterminée, et la masse à vide du véhicule étant connue, on peut déterminer la charge du véhicule en fonction des efforts déterminés. En fonction de la valeur soit de la charge soit de la masse m, on peut émettre 50 un signal d'alarme si la charge déterminée (ou la masse) est supérieure à une valeur seuil constante enregistrée. En dynamique, on peut déterminer la position du centre de gravité selon l'axe vertical Z, les moments d'inertie Ioxx, Ioyy, Iozz et les produits d'inertie Ioxy, Ioxz, Ioyz de manière beaucoup plus précise que la valeur prédéterminée constante des stratégies de l'art antérieur. Les informations mises à jour de la matrice d'inertie peuvent alors être envoyées au contrôleur 105 d'un système piloté 106 pour recaler 40 son modèle de véhicule de référence. Le système piloté 106 peut par exemple être un système électronique de stabilité programmé (ESP) 51, un système antiroulis actif 52, un système d'amortissement piloté 53, ou autre 54. L'invention est avantageusement mise en oeuvre pour les véhicules légers moteurs à l'avant. En effet, pour ces véhicules, la charge sur le train arrière est faible et la charge utile embarquée est prépondérante sur les roues arrière (nombre de passagers, remplissage du coffre). Le centre de gravité recule donc notablement en charge et l'équilibre du véhicule en virage est tel que la dérive des pneumatiques arrière croît plus que celle des pneumatiques avant. Avec la charge, un tel véhicule voit son caractère évoluer vers une réduction de son sous-virage pouvant aller jusqu'au survirage. Un conducteur aura donc des sensations de conduite désagréables et devra s'adapter à ce nouveau comportement plus "sensible". Grâce à l'invention, une prise en compte plus précise de l'évolution de la matrice d'inerties permet d'adapter les stratégies de commande des systèmes pilotés. Par exemple pour une système antiroulis actif, la balance antiroulis permet de corriger cette tendance au survirage en adaptant les couples antiroulis dans le sens du sous-virage et permet de s'opposer aux effets de la charge. Le conducteur conserve alors des sensations de conduite agréables, gage de gain de confort et de sécurité active pour celui-ci. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile (100), comprenant les étapes consistant à : - établir une matrice d'inertie du véhicule, et - piloter le comportement dynamique de la caisse de véhicule en fonction des valeurs de la matrice d'inertie, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes consistant à : déterminer les efforts (20) au pied de chaque roue du véhicule, et en fonction de ceux-ci : déterminer les caractéristiques inertielles (30) du véhicule, et mettre à jour (40) des valeurs de la matrice d'inertie. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination (20) des efforts au pied de chaque roue du véhicule est comprend une étape consistant à mesurer (10) les efforts au pied de chaque roue du véhicule par des capteurs d'effort (101, 102, 103, 104). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mise à jour (40) des valeurs de la matrice d'inertie comprend une étape consistant à calculer lesdites valeurs en fonction des dits efforts en référence à un modèle. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile est un système électronique de stabilité programmé (51),le procédé comprenant une étape de recalage (50) du modèle de véhicule de référence du dit système par les valeurs mises à jour de la matrice d'inertie. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile est un système antiroulis actif (52), le procédé comprenant une étape de recalage (50) du modèle de véhicule de référence dudit système par les valeurs mises à jour de la matrice d'inertie. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de pilotage du comportement dynamique d'une caisse de véhicule automobile est un système d'amortissement piloté (53), le procédé comprenant une étape de recalage (50) du modèle de véhicule de référence du dit système par les valeurs mises à jour de la matrice d'inertie. 7. Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, comprenant en outre des étapes consistant à : déterminer la charge du véhicule en fonction des efforts déterminés, et émettre un signal d'alarme (60) si la charge 25 déterminée est supérieure à une valeur seuil constante enregistrée.