Brevet FR2929556A3 — publié le 20091009

FR 2929556 A3 20091009 FR 0852315 A 20080407 PROCEDE DE SURVEILLANCE DE L'ETAT DES PNEUMATIQUES D'UN VEHICULE, ET APPLICATION. L'invention concerne, de façon générale, les techniques liées à la sécurité dans les véhicules terrestres. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé pour surveiller, dans un véhicule en cours de circulation, l'état d'un ensemble de pneumatiques équipant respectivement les roues de ce véhicule. Les véhicules automobiles actuels sont dotés de toutes sortes de capteurs permettant de fournir une multitude d'alertes au conducteur en cas de défaillance. En particulier, les véhicules modernes comportent classiquement un témoin de frein à main, de température et de niveau d'huile, un témoin de fonctionnement du système d'anti blocage des roues (ABS), un témoin de fonctionnement du système de contrôle dynamique de châssis (ESP), et un système de surveillance des pressions des pneumatiques (SSPP). La surveillance des pressions pneumatiques est actuellement réalisée par des mesures directes de pression et de température délivrées par un capteur par exemple disposé sur la valve du pneu. Une estimation de la perte de pression peut également être réalisée à partir d'un traitement du signal représentatif de la vitesse angulaire de chaque roue. En effet, une perte de pression entraîne une diminution de la circonférence de roulement et donc une augmentation de la vitesse de la roue concernée. En toute hypothèse, si une alerte de défaut de pression d'un pneu est ignorée pendant trop longtemps, ce pneu peut subir une usure interne pouvant conduire à plus ou moins long terme à une dégradation irréversible de la structure de ce pneu et à un éclatement du pneu même si sa pression interne a été rétablie à une valeur normale a posteriori. En dépit de cette grande diversité de capteurs et d'alertes, il existe un besoin non satisfait de surveiller de façon fiable et efficace l'intégrité des pneumatiques d'un véhicule terrestre en cours de roulement. Dans ce contexte, l'invention a précisément pour but de proposer un procédé permettant de répondre à ce 15 besoin. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement en circulation, caractérisé en ce qu'il comprend les 20 opérations consistant à : - produire de façon continue ou périodique des mesures instantanées des efforts respectivement appliqués aux différentes roues; - produire, pour chaque roue, des échantillons 25 fréquentiels obtenus par transformée de Fourier des mesures instantanées d'efforts relatives à cette roue; comparer a un gabarit les échantillons fréquentiels produits pour chaque roue; et - produire une alerte en cas de franchissement du 30 gabarit par au moins une valeur des échantillons fréquentiels produits pour l'une quelconque des roues. Le procédé de surveillance tel que précédemment défini peut notamment être appliqué à la détection de l'un au moins des défauts suivants : usure irrégulière d'au moins un pneu, perte de masselottes d'équilibrage d'au moins un pneu, détérioration de la structure d'au moins un pneu, et décollement de la bande de roulement d'au moins un pneu d'un véhicule en cours de roulement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dont l'unique figure illustre indifféremment l'organisation opérationnelle du procédé de l'invention ou un dispositif pour le mettre en oeuvre, représenté de façon fonctionnelle. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne notamment un procédé pour surveiller l'état des pneumatiques équipant respectivement les roues d'un véhicule, ce procédé étant mis en oeuvre en temps réel, alors que le véhicule est en cours de circulation. Une première opération du procédé consiste à produire, de façon continue ou périodique, des mesures brutes instantanées des efforts respectivement appliqués aux différentes roues du véhicule. Ces mesures brutes instantanées, qui sont notées MES 1, MES 2, MES 3 et MES 4, et qui peuvent par exemple être constituées de mesures d'accélérations ou de déplacements représentatifs des efforts appliqués aux roues, sont produites par des capteurs respectifs CAPT 1, CPAT 2, CAPT 3 et CAPT 4 par exemple montés sur les supports de roues respectifs. Les différentes mesures brutes instantanées d'effort, telles que MES 1 à MES 4, sont transmises à des modules de mise en forme respectifs MEF 1 à MEF 4, dont la fonction est de formater ces mesures brutes instantanées, notamment pour les débarrasser de toute information parasite systématique, telles que d'éventuels artefacts liés au montage physique des capteurs. Ces modules MEF 1 à MEF 4, qui peuvent prendre la forme de circuits dédiés ou de modules logiciels exécutés par un microcontrôleur, produisent des mesures instantanées d'effort mises en forme, telles que MMF 1 à MMF 4, qui correspondent respectivement aux mesures brutes instantanées initiales MES 1 à MES 4. Les mesures instantanées mises en forme MMF 1 à MMF 4 sont elles-mêmes délivrées à des unités respectives FFT 1 à FFT 4 de calcul de transformée de Fourier. Ces unités FFT 1 à FFT 4, qui peuvent également prendre la forme de circuits dédiés ou de modules logiciels exécutés par un microcontrôleur, produisent des échantillons fréquentiels respectifs EF 1 à EF 4, qui correspondent respectivement aux mesures instantanées d'efforts mises en forme MMF 1 à MMF 4. Ces échantillons fréquentiels d'efforts EF 1 à EF 4 sont fournis à des modules de comparaison respectifs COMP 1 à COMP 4, qui comparent ces échantillons à des gabarits respectifs G1 à G4. Chacun de ces modules de comparaison COMP 1 à COMP 4, qui est dédié à une roue et qui peut prendre la forme d'un circuit spécifique ou d'un module logiciel exécuté par un microcontrôleur, a pour fonction de produire une alerte, telle que AL 1, AL 2, AL 3, ou AL 4, en cas de franchissement du gabarit G1 à G4 correspondant par une ou plusieurs valeurs des échantillons fréquentiels EF 1 à EF 4 de la roue à laquelle ce module de comparaison est affecté. Par exemple, si les niveaux d'efforts mesurés sont supérieurs à ceux retenus par le constructeur, une alerte graduelle est envoyée au conducteur du véhicule, en fonction de l'importance des variations cycliques d'efforts constatés et des conséquences éventuelles. Bien que les gabarits G1 à G4 puissent être définis à l'avance et par exemple égaux entre eux, au moins pour un même train de roues, chacun de ces gabarits peut être obtenu de façon dynamique par combinaison des échantillons fréquentiels relatifs à deux roues ou plus. Par exemple, un module de combinaison COMBI, réalisé sous forme matérielle ou logicielle, peut être prévu pour élaborer le gabarit G1 à partir des échantillons fréquentiels EF 2, EF 3 et EF 4, pour élaborer le gabarit G2 à partir des échantillons fréquentiels EF 3, EF 4 et EF 1, pour élaborer le gabarit G3 à partir des échantillons fréquentiels EF 4, EF 1 et EF 2, et pour élaborer le gabarit G4 à partir des échantillons fréquentiels EF 1, EF 2, et EF 3. D'autre part, chacun des modules de comparaison COMP 1 à COMP 4 peut recevoir une donnée représentative de la vitesse V du véhicule pour surveiller plus particulièrement les composantes que présentent les échantillons fréquentiels correspondants à la fréquence fondamentale de rotation des roues, et aux harmoniques de cette fréquence. Il est également possible de prévoir une mémoire contenant l'historique des échantillons fréquentiels d'efforts EF 1 à EF 4 et à laquelle peut accéder chaque module de comparaison COMP 1 à COMP 4, de manière à pouvoir suivre l'évolution des amplitudes des échantillons fréquentiels à différentes fréquences. Il est encore possible d'acquérir séparément les mesures des efforts exercés sur chaque roue suivant la direction verticale d'une part et suivant les deux directions horizontales, de manière à disposer de données aussi fines que possible sur le comportement de chaque pneu. Les capteurs d'efforts pneus/sol CAPT 1 à CAPT 4 permettent ainsi de réaliser un diagnostic de chaque pneu et de détecter notamment une usure irrégulière, un problème d'équilibrage, une hernie, ou une détérioration structurelle du pneu. Par exemple, une hernie est un défaut dans la carcasse du pneu, résultant d'un choc par exemple, et entraînant une boursouflure plus ou moins importante sous l'effet de la pression interne du pneu. Une hernie peut être dangereuse car elle fragilise le pneu et peut entraîner un éclatement de ce dernier. Or, l'examen visuel, qui constitue le seul moyen actuel de détection d'une hernie, est non seulement pratiqué assez rarement par les utilisateurs, mais peut en outre s'avérer inefficace si l'hernie est située sur la face intérieure du pneu et donc non directement visible. Le procédé de l'invention permet, à partir des efforts transversaux et verticaux appliqués aux roues, de détecter un défaut d'uniformité d'un ou plusieurs pneus et d'informer le conducteur et/ou les systèmes ayant une action sur les efforts pneus/sol. L'invention, qui permet ainsi de surveiller l'intégrité physique des pneumatiques, est complémentaire des systèmes connus de surveillance des pressions pneumatiques, et permet notamment la surveillance de l'état d'un pneu dont la pression est normale mais dont la structure a pu être fragilisée par un roulage à pression insuffisante. On rappelle qu'une roue équilibrée est une roue dont la masse est uniformément répartie autour de l'axe de rotation, et dont le centre de gravité se trouve donc au centre de l'axe de rotation. Les roues des voitures atteignent normalement une vitesse de rotation de 20 à 40 tours par seconde, c'est-à-dire une vitesse à laquelle chaque gramme de la roue est soumis à une force centrifuge de l'ordre de quelques centaines de grammes. Si la roue était parfaitement homogène et si sa masse était répartie uniformément autour de l'axe de rotation (centre de gravité sur l'axe), les forces élémentaires agissant en chaque point de la roue s'équilibreraient mutuellement : la roue serait équilibrée. En pratique, un équilibrage parfait est impossible et l'on distingue deux types de déséquilibres, à savoir un déséquilibre statique et un déséquilibre dynamique. Le déséquilibre statique se traduit par le fait que la roue, lorsqu'elle est déplacée de sa position de repos, oscille comme un pendule sous l'effet de la pesanteur, puis s'arrête dans une position dans laquelle le balourd se trouve au point le plus bas. Un tel déséquilibre provoque, lors de la rotation de la roue, un effort alternatif vertical d'autant plus important que la masse du balourd est plus grande et que la vitesse de rotation est plus élevée. Cette force centrifuge parasite croît avec le carré de la vitesse (théorème de Huyghens). A titre d'exemple, une masse de 50 g répartie sur la périphérie d'une roue provoque, à une vitesse tangentielle de 70 km/h, une force d'environ 40 kg. Cette force importante, qui tourne avec la roue, provoque un mouvement alternatif du bras de suspension dans la direction de sa liberté de mouvement, et a donc pour effet de fatiguer les organes de suspension, d'user anormalement les pneumatiques, et de détériorer les roulements des moyeux. Un déséquilibre dynamique se caractérise par un défaut de répartition homogène des masses de part et d'autre du plan de rotation de la roue. Lorsqu'une roue présentant un déséquilibre dynamique est mise en rotation, la résultante des moments engendrés par les forces centrifuges n'est pas nulle. Or, comme la position du déséquilibre par rapport à l'axe de la roue change à chaque demi-tour, la roue oscille en diagonale de gauche et de droite à chaque rotation. Ce déséquilibre dynamique communique à la roue des oscillations horizontales, connues de l'homme du métier sous le nom de shimmy , et dont les fréquences se manifestent à différentes vitesses de la voiture en fonction du régime de rotation de la roue suivant la masse et la position du balourd. La formation de ce couple déséquilibrant répercute l'usure de tous les organes de direction et du train avant et il s'en suit de très fortes vibrations dans le volant de direction. L'équilibrage statique, qui a pour fonction de ramener le centre de gravité de la roue sur son axe de rotation, se règle en plaçant des masselottes d'équilibrage à l'extérieur de la jante, à l'opposé de la masse déséquilibrante. L'équilibrage dynamique, qui a pour fonction d'éliminer les effets du couple provoqués par les forces centrifuges, se règle en plaçant d'autres masses à l'intérieur de la jante. Le seul fait de monter un pneu neuf sur une roue nuit à son équilibre en raison de l'excentricité des pneumatiques, de l'excentricité de la jante, et de la position de la valve. L'utilisation normale du véhicule, qui entraîne inévitablement une certaine irrégularité d'usure des pneumatiques, modifie également l'équilibre de chaque roue. Un freinage brusque, une amorce de blocage, ou a fortiori un blocage peuvent générer un plat sur les pneus et donc provoquer de telles irrégularités. Les masselottes (petits poids fixés entre la jante et le pneu) peuvent se déplacer en cas de choc de la roue sur un trottoir par exemple. Dans ce cas, la roue n'est plus équilibrée, de sorte qu'apparaît une variation cyclique de l'effort vertical (déséquilibre statique) et/ou des efforts transversaux et longitudinaux (déséquilibre dynamique). Le décollement de la bande de roulement ou une modification importante de la structure du pneu sont particulièrement dangereux dans la mesure où ils peuvent entraîner un éclatement. Or, l'éclatement d'un pneu n'est jamais soudain, mais toujours la conséquence d'une dégradation progressive de ce pneu. Or, comme ces dégradations ont pour effet de modifier les efforts subis par le pneu, le procédé de l'invention permet, par l'observation de l'effort vertical appliqué au pneu, de détecter de façon précoce un risque d'éclatement du pneu et donc d'avertir le conducteur avant qu'un tel incident ne survienne. Plus généralement, le procédé de l'invention permet de détecter toutes les défaillances majeures des pneumatiques, et notamment : - les défaillances dues à dérives de fabrication ou à des défauts qualité des pneus (indice de résistance, conicité, balourd, etc.), - les déformations accidentelles de la carcasse du pneu, ou l'endommagement de ses flancs, résultant de chocs divers (trottoir, nids de poule, etc.), - les hernies, - les dégradations liées au roulage en sous-25 pression, ou encore - les amorces de décollement de la bande de roulement. Le procédé de l'invention permet un gain considérable de sécurité dans la mesure où il fournit une 30 détection précoce de tout déséquilibre, sachant que quand les vibrations commencent à être perceptibles pour le conducteur dans le système de direction, le plancher ou la pédale de frein, les occupants du véhicule sont déjà en situation de danger. Dans le cas où le procédé de l'invention détecte qu'un pneu est dans un état de fonctionnement dégradé, l'alerte correspondante, telle que AL 1 à AL 4, peut être transmise aux systèmes gérant le contrôle dynamique de châssis (ESP), la direction assistée, et / ou les directions actives. Ces systèmes peuvent ainsi intégrer des modes de défaillance plus sécuritaires que la simple mise en défaut ou le fonctionnement dégradé généralement proposé à l'heure actuelle. En toute hypothèse, le procédé de l'invention permet à minima . - d'alerter le conducteur d'un défaut sur un pneumatique, - de l'inciter à ralentir, et/ou - de l'inciter à rejoindre un atelier de réparation pour que le défaut soit diagnostiqué et que le pneu ou 20 l'élément défaillant soit remplacé. Le procédé de l'invention ne requiert pas nécessairement le recours à des capteurs d'efforts dédiés, mais peut au contraire utiliser des capteurs d'efforts déjà disponibles sur le véhicule. REVENDICATIONS. 1. Procédé de surveillance de l'état d'un ensemble de pneumatiques équipant respectivement les roues d'un véhicule en circulation, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à : - produire de façon continue ou périodique des mesures instantanées (MES 1 à MES 4) des efforts respectivement appliqués aux différentes roues; - produire, pour chaque roue, des échantillons fréquentiels (EF 1 à EF 4) obtenus par transformée de Fourier des mesures instantanées d'efforts relatives à cette roue; - comparer à un gabarit (G1 à G4) les échantillons 15 fréquentiels produits pour chaque roue; et - produire une alerte (AL 1 à AL 4) en cas de franchissement du gabarit par au moins une valeur des échantillons fréquentiels produits pour l'une quelconque des roues. 20 2. Procédé de surveillance suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gabarit (G1 à G4) auquel sont comparés les échantillons fréquentiels (EF 1 à EF 4) relatifs à une roue est obtenu par combinaison (COMBI) des échantillons fréquentiels 25 relatifs à au moins deux autres roues de l'ensemble de roues. 3. Procédé de surveillance suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le gabarit (G1 à G4) auquel sont comparés les échantillons fréquentiels 30 (EF 1 à EF 4) relatifs à une roue est obtenu sous forme d'une moyenne des échantillons fréquentiels relatifs à au moins deux autres roues de l'ensemble de roues.4. Application du procédé de surveillance suivant l'une quelconque des revendications précédentes à la détection de l'un au moins des défauts suivants : usure irrégulière d'au moins un pneu, perte de masselottes d'équilibrage d'au moins un pneu, détérioration de la structure d'au moins un pneu, et décollement de la bande de roulement d'au moins un pneu d'un véhicule en cours de roulement.