Brevet FR2926754A1 — publié le 20090731

L'invention se situe dans le domaine des véhicules équipés d'un système à quatre roues motrices piloté. Plus précisément, elle concerne un dispositif et un procédé de commande de la répartition du couple moteur entre les trains avant et arrière d'un 5 véhicule à quatre roues motrices. De nombreuses études sont réalisées aujourd'hui sur ce type de véhicule, afin d'améliorer les prestations telles que le confort des passagers, le comportement du véhicule en fonction des différentes situations de conduite, le franchissement d'obstacles et également la phase de "décollage" (ou démarrage) du 10 véhicule. Pour mémoire, on rappelle ci-après qu'un véhicule à deux roues motrices comprend un groupe motopropulseur qui délivre un couple moteur à l'un des deux trains de roues du véhicule, dit "train menant" ou "train principal", l'autre train étant dit "mené" ou "secondaire". Le véhicule peut au choix être "à traction", le 15 train de roues avant étant alors le train principal, ou "à propulsion", le train de roues arrières étant alors le train principal. Un véhicule à quatre roues motrices comprend en outre un actionneur électro-mécanique, par exemple un embrayage, qui permet dans certaines situations de conduite, de transférer tout ou partie du couple moteur, du 20 train principal vers le train secondaire. Dans l'état de la technique, l'actionneur électro-mécanique est systématiquement activé, c'est-à-dire alimenté électriquement, lorsque le véhicule est en situation de décollage, afin d'éviter que les roues ne patinent. Or, dans un certain nombre de cas, notamment en cas de démarrage 25 du véhicule en terrain plat, dur et par temps sec, le passage en mode "4 x 4" n'est absolument pas indispensable mais est par contre source d'une surconsommation d'énergie électrique et donc de carburant. On connaît déjà d'après le document EP 1 275 549, un dispositif et un procédé de commande qui permettent de répartir le couple moteur entre les trains 30 avant et arrière d'un véhicule à quatre roues motrices, en fonction de différents paramètres, tels la vitesse des roues, le régime moteur ou la position de la pédale d'accélérateur. Ce dispositif permet d'améliorer la performance du véhicule en optimisant le glissement, mais les aspects concernant la consommation ne sont absolument pas évoqués dans ce document. On connait également d'après le document EP-1 188 597, un système et une méthode de commande de la répartition avant/arrière du couple pour un véhicule à quatre roues motrices, en fonction de la détection d'une variation de diamètre des pneus due à l'usure ou au changement des pneus. Ce document n'évoque pas non plus les problèmes de consommation. Enfin, le document US 5 752 211 décrit un dispositif de commande qui permet de distribuer le couple moteur entre les roues avant et arrières du véhicule, afin de diminuer le couple transmis aux roues secondaires et améliorer ainsi la consommation de carburant, mais ce, uniquement lorsque le véhicule est en phase de roulage quasi statique, c'est-à-dire lorsqu'il roule à vitesse constante et en ligne droite. Ce document ne s'intéresse pas à la gestion des performances en phase de décollage. L'invention a donc pour but de fournir un dispositif et un procédé de commande de la répartition du couple moteur entre le train principal et le train secondaire d'un véhicule à quatre roues motrices, qui permettent d'atteindre les performances attendues en phase de décollage du véhicule (c'est-à-dire de démarrage), tout en améliorant la consommation d'énergie lors de ces situations de conduite. L'invention vise à améliorer la consommation globale d'énergie, c'est-à-dire en électricité et en carburant. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de commande de la répartition du couple moteur, fourni par le groupe motopropulseur d'un véhicule à quatre roues motrices, entre les trains avant et arrière de ce véhicule, l'un de ces trains étant le train principal, l'autre le train secondaire, ce dispositif comprenant - un actionneur électro-mécanique pour faire varier la répartition dudit couple moteur entre le train principal et le train secondaire, en réponse à un signal de commande, - des moyens électroniques de calcul qui produisent ledit signal de commande. Conformément à l'invention, lesdits moyens électroniques comprennent - un dispositif de calcul du potentiel � utilisé par le train principal au moment du décollage dudit véhicule, qui calcule le rapport entre l'effort longitudinal Fx qui s'exerce sur ledit véhicule et la somme des efforts verticaux Fzpr exercés sur les roues dudit train principal, - un dispositif d'anticipation du transfert de couple qui calcule une consigne de couple dit "d'anticipation" à transférer sur le train secondaire pour 5 anticiper le glissement du train principal, - un dispositif de comparaison dudit potentiel � avec une valeur de seuil d, qui délivre un signal de commande à l'actionneur électro-mécanique, de façon à activer ledit actionneur pour que celui-ci délivre ledit couple 10 d'anticipation au train secondaire, lorsque ledit potentiel � est supérieur audit seuil d, désactiver l'actionneur pour que le couple transmis au train secondaire soit nul, lorsque ledit potentiel � est inférieur ou égal audit seuil d. 15 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - la valeur de seuil d est une constante fixée en fonction des caractéristiques du véhicule, - la valeur de seuil d est une variable, ajustée entre une valeur 20 minimale et une valeur maximale, en fonction du taux de glissement des roues du train principal lors du décollage du véhicule, - lors du premier décollage du véhicule, la valeur de seuil d est une constante fixée en fonction des caractéristiques du véhicule et lors des décollages suivants cette valeur de seuil d est abaissée si un glissement des roues du train 25 principal est détecté ou augmentée si le taux de glissement des roues du train principal est faible et ce, entre les dites valeurs minimale et maximale, - l'effort longitudinal Fx est égal : (Cme xRb) 30 dans laquelle R représente le rayon sous charge de la roue, J représente l'inertie du moteur, W le régime moteur, 'r est la constante de filtrage de la dérivée du régime moteur, Cme est le couple moyen effectif moteur et Rb est le rapport de la boîte de vitesses du véhicule, - le train principal dudit véhicule est le train avant et la somme des efforts verticaux Fm, exercés sur les roues dudit train principal est égale à L __hMa, +L2Mg 'nY L L dans laquelle h représente la hauteur du centre de gravité du véhicule, M représente la masse du véhicule, at l'accélération tangentielle du véhicule, L représente l'empattement, L2 représente la distance du centre de gravité au train arrière du véhicule, g représente l'accélération de la pesanteur, - le train principal dudit véhicule est le train arrière et la somme des efforts verticaux Fm, exercés sur les roues dudit train principal est égale à : F _ hMa, + LI Mg 'nr L L dans laquelle h représente la hauteur du centre de gravité du véhicule, M représente la masse du véhicule, at l'accélération tangentielle du véhicule, L représente l'empattement, L1 représente la distance du centre de gravité au train avant du véhicule, g représente l'accélération de la pesanteur, - le dispositif comprend des moyens de récupération des données concernant le couple moteur, le rapport de la boîte de vitesses, le régime moteur, l'accélération longitudinale et l'accélération latérale du véhicule, la vitesse des roues avant et arrière du véhicule, le rayon de braquage et la vitesse du véhicule, L'invention concerne également un procédé de commande de la répartition du couple moteur, fourni par le groupe motopropulseur d'un véhicule à quatre roues motrices, entre les trains avant et arrière de ce véhicule, l'un de ces trains étant le train principal, l'autre le train secondaire. Conformément à celui-ci, il consiste à - calculer le potentiel g utilisé par le train principal au moment du décollage dudit véhicule, qui correspond au rapport entre l'effort longitudinal Fx qui s'exerce sur ledit véhicule et la somme des efforts verticaux Fzpr exercés sur les roues dudit train principal, -calculer une consigne de couple dit "d'anticipation" à transférer sur 30 le train secondaire pour anticiper le glissement du train principal, -comparer ledit potentiel g avec une valeur de seuil d, et délivrer un signal de commande à l'actionneur électro-mécanique (2) dudit véhicule, de façon activer ledit actionneur (2) pour que celui-ci délivre ledit couple d'anticipation au train secondaire, lorsque ledit potentiel p. est supérieur audit seuil d, désactiver l'actionneur (2) pour que le couple transmis au train secondaire soit nul, lorsque ledit potentiel p. est inférieur ou égal audit seuil d. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence au dessin annexé, qui en représente, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ce dessin : - la figure 1 est une vue schématique représentant la structure du dispositif de commande conforme à l'invention, et - la figure 2 est un organigramme représentant les différentes étapes du procédé de commande mise en oeuvre à l'aide du dispositif précité. En se reportant à la figure 1 on peut voir que le dispositif de commande conforme à l'invention comprend un actionneur électro-mécanique 2, qui permet de faire varier la répartition du couple moteur fourni par le groupe motopropulseur du véhicule, entre le train principal et le train secondaire dudit véhicule, et ce, en fonction d'un signal de commande où "couple de consigne Cc" fourni par des moyens électroniques de calcul 1. Ces moyens sont par exemple une unité centrale électronique, telle qu'un ordinateur de bord. L'unité centrale 1 reçoit un certain nombre de signaux correspondant à des données de fonctionnement du véhicule. Le recueil de ces données a été représenté sur le schéma par le bloc 3. Ces données sont notamment : le couple- moteur, le rapport de la boîte de vitesses et le régime moteur, (fournies par exemple par le contrôle moteur) ; les valeurs de l'accélération longitudinale et latérale du véhicule, (fournies par un accéléromètre) ; la vitesse du véhicule Vv et la vitesse des roues VR, (fournies par des capteurs de vitesse), la vitesse des roues permettant de déterminer le rayon de braquage RBRA du véhicule. L'unité centrale 1 comprend un calculateur 4 de l'effort longitudinal F,{ s'exerçant sur le véhicule et un calculateur 5 des efforts verticaux Fiu s'exerçant sur le train principal et le train secondaire de ce même véhicule. Le calcul de l'effort longitudinal Fx peut se faire à partir de la relation suivante35 J x ,--_S.W ù (Cille x Rb zs+1) R FX = dans laquelle R représente le rayon sous charge de la roue, J représente l'inertie du moteur, W le régime moteur, 'r est la constante de filtrage de la dérivée du régime moteur, Cme est le couple moyen effectif moteur et Rb est le rapport de la boîte de vitesses. Cette méthode d'estimation est basée sur l'hypothèse que les efforts de freinage sont nuls puisque le véhicule est en phase de décollage. De plus, pour s'assurer que le véhicule est bien dans cette situation, il est possible de mesurer la pression à l'intérieur du circuit de freinage pour vérifier qu'elle est nulle et/ou de contrôler l'état de l'interrupteur relié à la pédale de frein. Les efforts verticaux FZ, sur les trains avant et arrière sont estimés en tenant compte des reports de charge dynamiques longitudinaux et latéraux et de la charge statique par les équations suivantes K, hMa, L2Mg Fz = ù `b 1 hMa ù 2L + 2L Fz12 - + K' hMa ù hMa + L2MS F KZhMahMa, Lm, z2~ _ ù.~z ~ + 2L + 2L 20 Fz22 = + KZ hMa+ hMa, + LlMg b2 2L 2L Dans ces équations, les deux indices i,j mentionnés après Z désignent pour le premier les roues avant/arrière et pour le second la gauche/la droite. Ainsi, Fz11 désigne l'effort vertical qui s'exerce sur la roue avant gauche et Fz22 l'effort 25 vertical qui s'exerce sur la roue arrière droite. Dans ces équations, K1 et K2 sont des paramètres du véhicule donnant la répartition des reports de charge longitudinaux entre l'avant et l'arrière, bl et b2 représentent les voies avant et arrière du véhicule, M représente la masse du véhicule, h représente la hauteur du centre de gravité du véhicule, a, représente 30 l'accélération centripète et at l'accélération tangentielle, L représente l'empattement, 1.5 2L 2L LI et L2 représentent la distance du centre de gravité respectivement au train avant et arrière du véhicule, g représente l'accélération de la pesanteur (ou constante de gravité). Par ailleurs, l'unité centrale 1 calcule également, comme représenté 5 dans le bloc 6, la consigne de couple dite "couple d'anticipation". Le bloc 6 est un calculateur de la consigne de couple d'anticipation qui calcule la consigne du couple à transférer vers le train secondaire, afin d'anticiper le glissement du train principal. Ce mode de calcul ne prend pas en considération les aspects de consommation électrique ou de carburant du véhicule. 10 Il existe à ce jour plusieurs méthodes pour calculer ce couple d'anticipation qui sont bien connues de l'homme du métier et qui ne seront pas décrites ici plus en détail. Une solution possible consiste à répartir le couple en fonction de la charge présente sur chaque train du véhicule. De plus, cette valeur de couple peut-être modulée en fonction de paramètres de réglage et/ou par l'analyse 15 de la situation de conduite, comme la vitesse du véhicule ou la détection d'un virage. Le bloc 7 est un calculateur du potentiel � utilisé sur le train principal. Ce potentiel peut être calculé par exemple à partir de l'équation zpr dans laquelle Fmr représente l'effort vertical sur le train principal. Dans le cas d'un véhicule 4 x 4 de type "traction", le train principal sera le train avant et Fzpr correspondra à la somme de Fz11 et FZ12, dans le cas d'une "propulsion", le train principal sera le train arrière et FZpr correspondra à la somme 25 de FZ21 et FZ22. En d'autres termes, dans le cas d'une traction F _hMa,+L2 Mg 'n' L L et dans le cas d'une propulsion F _hMaLMg Zpr L L Comme cela décrit ultérieurement le potentiel � est ensuite comparé à un seuil d. Le calculateur de ce seuil d est représenté sur le bloc 8. 30 Ce seuil 0 représente la valeur au-delà de laquelle le dispositif de commande autorise la transmission du couple moteur ou une partie de celle-ci vers le train secondaire, Conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, le seuil d est une constante fixée a priori, Pour que cette valeur soit optimale, elle est calculée en fonction de la puissance du groupe motopropulseur et des caractéristiques du véhicule, telles que sa masse. Selon un second mode de réalisation de l'invention, le seuil d est une variable dont la valeur est ajustée entre une valeur minimale et une valeur maximale 1.0 prédéterminée, en fonction du taux de glissement des roues du train principal, lors du décollage du véhicule. Le bloc 9 comprend le comparateur 91 du potentiel g et du seuil d et l'interrupteur 92 de commande de l'actionneur électromécanique 2. Le procédé de commande mis en œuvre dans le dispositif qui vient 15 d'être décrit est représenté sous forme d'organigramme à la figure 2. Sur cette figure, l'étape El correspond à l'acquisition des données clans le bloc 3, les étapes E2 et E3 aux calculs respectivement de l'effort longitudinal F, et de l'effort vertical l'étape E4 au calcul de la consigne de couple d'anticipation du bloc 6 et les étapes E5 et E6 respectivement au calcul du 20 potentiel g et à la détermination du seuil d, On notera que les étapes E2 à E4 pourraient être effectuées simultanément ou ans un ordre différent. 11 en est de même pour l'étape E6. Au cours de l'étape E7, le comparateur 91 vérifie si la valeur de potentiel g est inférieure ou égale au seuil d. Si tel est le cas, on passe alors à l'étape 25 E8, au cours de laquelle l'interrupteur 92 de l'actionneur n'est pas activé et le couple de consigne Cc transféré au train secondaire est nul. En d'autres ternies, le véhicule fonctionne dans ce cas en mode "deux roues matrices (2 x 4)", Dans le cas contraire, c'est-à-dire si g est supérieur au seuil d, on. passe à l'étape E9, l'interrupteur 92 est activé et la valeur du couple de consigne Ce 30 à transférer au train secondaire est celle du couple d'anticipation calculé au cours de l'étape E4. En effet, si la valeur du potentiel g est supérieure à l'adhérence, les roues du véhicule patinent. Cette valeur d'adhérence est cotée de 0 à 1 : 0 correspondant à une adhérence nulle, 0,4 à l'adhérence observée sur une route 35 enneigée, 0,7 à l'adhérence sur une route humide et 1 à l'adhérence sur route sèche. Dans la mesure où la valeur de l'adhérence n'est pas connue, le fait de comparer � à une valeur seuil d comprise entre 0 et 1 permet de vérifier si l'on se trouve dans une situation où les roues du train principal risquent de patiner, ou si ce risque n'existe pas. L'enchaînement d'étapes illustré sur la figure 2 est ensuite recommencé à chaque nouveau décollage du véhicule. Dans le cas où la valeur de seuil d est une variable, la gestion de la comparaison du potentiel � avec cette valeur seuil d peut être la suivante, par exemple. Au démarrage du véhicule, une première valeur de seuil d théorique est fixée. Si lors du décollage, un glissement des roues du train principal est détecté, alors cela signifie que le seuil d était trop élevé et par conséquent une valeur plus faible est sélectionnée. Lors du décollage suivant, la valeur de potentiel � sera comparée à ce nouveau seuil d abaissé et si l'on observe de nouveau un glissement des roues du train principal, cette valeur sera abaissée de nouveau, sans toutefois dépasser une valeur minimale initialement fixée. Lorsque les glissements deviennent suffisamment faibles et si pendant un certain temps les performances du véhicule sont jugées satisfaisantes, c'est-à-dire que le taux de glissement est faible en phase de décollage, alors cette valeur de seuil d sera remontée progressivement jusqu'à une valeur maximale prédéterminée et/ou tant que le niveau du glissement est acceptable. On optimise ainsi la consommation d'énergie. Le procédé et le dispositif conforme à l'invention présentent de nombreux avantages et permettent notamment une meilleure stratégie de la répartition du couple moteur, de façon à atteindre les performances attendues pour le véhicule en phase de décollage, tout en améliorant sa consommation d'énergie. La consommation d'énergie électrique est moindre qu'avec les dispositifs de l'état de la technique, puisque dans tous les cas où il est détecté que le risque de glissement est faible, l'actionneur électromécanique n'est pas activé. La consommation de carburant est donc également plus faible, car le véhicule est plus souvent en mode "deux roues motrices" (mode 2 x 4) qu'en mode "quatre roues motrices" (mode 4 x 4). De plus, le calcul de potentiel � utilisé est effectué à partir des capteurs d'accélération longitudinale et latérale du véhicule et prend donc en compte les inclinaisons de la route. Ainsi, pour un véhicule du type traction avant, qui se trouve en situation de montée d'une pente, le train avant est moins chargé et le risque de glissement est plus important. Il convient alors de le faire fonctionner en mode 4 x 4. Inversement, lors de la descente, ce risque de glissement est moindre et le mode deux roues motrices est suffisant. Enfin, le fait de comparer la valeur de potentiel � à un seuil d variable permet d'améliorer encore la répartition du couple et d'ajuster au mieux le 5 compromis performance/consommation d'énergie. On notera que le dispositif précité peut être utilisé sur un véhicule à quatre roues motrices du type "traction avant" ou de type "propulsion". REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de la répartition du couple moteur, fourni par le groupe motopropulseur d'un véhicule à quatre roues motrices, entre les trains avant et arrière de ce véhicule, l'un de ces trains étant le train principal, l'autre le train secondaire, ce dispositif comprenant : - un actionneur électro-mécanique (2) pour faire varier la répartition dudit couple moteur entre le train principal et le train secondaire, en réponse à un signal de commande, - des moyens électroniques de calcul (1) qui produisent ledit signal de commande, ce dispositif de commande étant caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques (1) comprennent : - un dispositif (7) de calcul du potentiel � utilisé par le train principal au moment du décollage dudit véhicule, qui calcule le rapport entre l'effort longitudinal Fx qui s'exerce sur ledit véhicule et la somme des efforts verticaux FZpr exercés sur les roues dudit train principal, - un dispositif d'anticipation du transfert de couple (6) qui calcule une consigne de couple dit "d'anticipation" à transférer sur le train secondaire pour anticiper le glissement du train principal, - un dispositif de comparaison (91) dudit potentiel � avec une valeur de seuil d, qui délivre un signal de commande à l'actionneur électro- mécanique (2), de façon à : • activer ledit actionneur (2) pour que celui-ci délivre ledit couple d'anticipation au train secondaire, lorsque ledit potentiel � est supérieur audit seuil d, • désactiver l'actionneur (2) pour que le couple transmis au train secondaire soit nul, lorsque ledit potentiel � est inférieur ou égal audit seuil d. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil d est une constante fixée en fonction des caractéristiques du véhicule. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil d est une variable, ajustée entre une valeur minimale et une valeur maximale, en fonction du taux de glissement des roues du train principal lors du décollage du véhicule. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que lors du premier décollage du véhicule, la valeur de seuil d est une constante fixée en fonction des caractéristiques du véhicule et en ce que lors des décollages suivants cette valeur de seuil d est abaissée si un glissement des roues du train principal est détecté ou augmentée si le taux de glissement des roues du train principal est faible et ce, entre les dites valeurs minimale et maximale. 5. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'effort longitudinal Fx est égal : F = 1 J x sW x R zs+1) 10 ù (Cme x Rb dans laquelle R représente le rayon sous charge de la roue, j représente l'inertie du moteur, W le régime moteur, 'r est la constante de filtrage de la dérivée du régime moteur, Cme est le couple moyen effectif moteur et Rb est le rapport de la boîte de vitesses du véhicule. 15 6. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le train principal dudit véhicule est le train avant et en ce que la somme des efforts verticaux FZpr exercés sur les roues dudit train principal est égale à : hMa, L2 Mg F,p,._