Brevet FR2928322A1 — publié le 20090911

La présente invention concerne les systèmes antiblocage des roues d'un véhicule comprenant un dispositif de freinage découplé mécaniquement. La sécurité routière est devenue un enjeu incontournable pour les constructeurs automobiles. La sécurité active est ainsi devenue un des moteurs de l'innovation de l'automobile. Les fournisseurs de systèmes de freinage proposent déjà de nombreuses solutions (ABS, ESP, REF, AFU...). Par exemple, pour un système de freinage ABS, le choix d'un glissement de consigne d'un pneumatique d'un véhicule par rapport à une route, sur laquelle roule le véhicule, est une donnée essentielle pour obtenir une régulation performante du freinage. En effet, l'ensemble des travaux de développement d'un ABS pour un véhicule à freinage découplé est basé sur un asservissement de la roue au glissement de consigne. Il est donc important de rechercher un glissement de consigne optimal pour la régulation ABS. Le document US 4,715,662 propose un procédé de recherche d'un glissement de consigne optimal fondé sur la reconstitution permanente d'une courbe d'adhérence longitudinale en fonction du glissement. Cette courbe permet de déduire le glissement qui correspond au maximum d'adhérence. Cependant, la reconstitution de cette courbe est assez complexe ; elle nécessite des mesures, des estimations et des modèles mathématiques. Le document US 4,862,368 décrit un autre procédé de recherche d'un glissement de consigne optimal fondé sur le calcul d'une pente aadhérence Le procédé consiste à comparer cette pente à une aglissement pente positive de référence. Lorsque les deux pentes sont égales, la valeur correspond au glissement optimal. Cependant, ce procédé assez complexe ne donne pas réellement le glissement optimal qui correspond à un maximum d'adhérence longitudinale. Le glissement choisi est un glissement plus petit afin de garantir une bonne adhérence latérale. Le déposant a déjà déposé une demande de brevet (n°0756854, le 31 juillet 2007). Cette demande décrit une structure de commande en boucle fermée réalisée à l'aide d'une proportionnelle-intégrale. Dans cette demande, le glissement de consigne sur lequel la régulation est basée est une grandeur constante choisie de manière arbitraire en fonction de l'adhérence. La présente invention se propose de palier aux inconvénients des solutions proposées dans la technique antérieure. Un premier objet de la présente invention est de proposer un procédé simplifié de détermination d'un glissement de consigne optimal qui corresponde bien à un maximum d'adhérence longitudinale. Un autre objet de l'invention est de proposer une méthode de détermination d'un glissement de consigne optimal prenant en compte le type de revêtement sur lequel la roue roule. Encore un autre objet de l'invention est de proposer une méthode de détermination qui permette la détection en temps réel d'un glissement de consigne optimal de l'ABS de façon à avoir une régulation plus performante et plus précise. Pour cela, la présente invention propose un procédé de régulation antiblocage des roues d'un véhicule comprenant : - une unité de calcul d'un couple de freinage transmis par un pneumatique d'une roue du véhicule à la route, pour chacun des pneumatiques ; - une unité de calcul d'un glissement du pneumatique par rapport à la route, sur chacun des pneumatiques des roues du véhicule ; - une unité de filtrage des signaux glissement et couple de freinage transmis ; et - une unité de mémorisation d'un glissement de consigne optimal pour chacun des pneumatiques ; caractérisé en ce que le glissement de consigne optimal du pneumatique par rapport à la route, pour chacune des roues, est obtenu en temps réel à partir des valeurs suivantes : - une vitesse longitudinale du véhicule; - une vitesse angulaire de la roue ; -un couple de freinage mesuré à la roue ; et - une variable booléenne valant 1 si la régulation est inactive et 0 si la régulation est active. D'autres caractéristiques préférées mais non limitatives de ce procédé sont : - si la régulation est active, un temps écoulé depuis le début de l'activation de la régulation est calculé ; et en ce que le glissement est mémorisé si le temps écoulé est supérieur à un temps de mémorisation de glissement ; - l'unité de calcul d'un couple transmis calcule un couple de freinage transmis à partir de la vitesse longitudinale du véhicule et du couple de freinage mesuré ; - un glissement est calculé par l'unité de calcul d'un glissement à partir de la vitesse longitudinale et de la vitesse angulaire ; - l'unité de filtrage des signaux glissement et couple de freinage transmis synchronise un glissement filtré et une dérivée du couple de freinage transmis, obtenus respectivement à partir du glissement et du couple de freinage transmis ; - l'unité de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t : o la valeur du glissement filtré, si la dérivée du couple de freinage transmis est supérieure à 0 à un instant t - At, et est inférieure à o à l'instant t ; o la valeur du glissement de consigne mémorisée à l'instant t - At sinon ; avec At un pas d'échantillonnage de l'ordre de 10 ms, et la valeur du glissement de consigne étant initialement mise à 0 ; - l'unité de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t: o la valeur du glissement filtré si de plus la valeur de la vitesse longitudinale est supérieure à une valeur seuil ; o la valeur du glissement de consigne mémorisée à l'instant t - At sinon ; - l'unité de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t: o la valeur du glissement filtré, si de plus au moins une variable booléenne, correspondant à une roue, vaut 0 ; o la valeur du glissement de consigne mémorisée à l'instant t - At sinon. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels : - la figure 1 représente une courbe d'effort longitudinal en fonction du glissement ; - la figure 2 est une représentation schématique des entrées et des sorties du procédé selon la présente invention ; - la figure 3 est une représentation schématique d'une unité de calcul d'un couple de freinage transmis par un pneumatique d'une roue à la route selon la présente invention ; - la figure 4 est une représentation schématique d'une unité de calcul d'un glissement selon la présente invention ; - la figure 5 est une représentation schématique d'une unité de filtrage des signaux glissement et couple de freinage transmis selon la présente invention ; - la figure 6 est une représentation schématique d'une unité de mémorisation d'un glissement de consigne optimal selon la présente invention. Une régulation ABS permet d'empêcher un blocage des roues d'un véhicule lors de forts freinages, notamment sur une surface à faible adhérence avec les pneumatiques. Un glissement relatif d'un pneumatique par rapport à une route, 5 sur laquelle roule le véhicule, est défini par l'équation : S R QùV = r x X Vx où 52r est une vitesse angulaire de la roue en rad.s-1 ; V,, est une vitesse longitudinale du véhicule en m.s-1 ; R est un rayon du pneumatique en m ; et si S,, vaut -1, alors S2r et proche de 0 rad.s-1 10 et la roue est bloquée. Sur la figure 1 est reproduite une courbe, représentant une évolution d'un effort longitudinal Fr, transmis de la roue (plus précisément du pneumatique de la roue) à la route, en fonction du glissement. Cette courbe présente un maximum pour lequel le 15 freinage est optimum. Une régulation ABS selon la présente invention a pour objectif de maintenir le glissement autour de ce maximum pris comme glissement de consigne. En effet, autour de ce maximum d'adhérence longitudinale, le 20 pneumatique présente une adhérence latérale encore correcte qui assure la stabilité optimale du véhicule. Un avantage de travailler autour de ce maximum est qu'il représente un bon compromis entre une efficacité de freinage et une stabilité du véhicule. Ce maximum varie en fonction d'une adhérence 25 entre le pneumatique de la roue et le revêtement de la route. Selon l'adhérence, le glissement de consigne est donc différent et doit être ajusté. La présente invention permet de détecter le glissement qui correspond à une zone optimale autour du maximum de la courbe 30 représentant l'évolution de l'effort longitudinal en fonction du glissement. L'invention est donc fondée sur des variations d'effort de freinage (ou de couple de freinage) transmis du pneumatique à la route, ainsi que du glissement. La courbe représentée sur la figure 1 peut se décomposer en deux phases: - au début du freinage, le glissement et l'effort transmis augmentent jusqu'à un maximum ; - après le maximum, l'effort transmis diminue alors que le glissement continue de croître. La présente invention se propose de détecter et de mémoriser ce 10 maximum. Une mise en équation du problème donne le système d'équation suivant : m.OVX =û4•Fr ûfä •VX Jt 026=Cmot -Cfr+R•Fr où m est une masse du véhicule en kg ; Jf est une inertie totale du 15 système roue en rotation en m2.kg ; Cmot est un couple d'entraînement (pour des roues motrices) en N.m ; Cfr est un couple de freinage en N.m ; Fr est l'effort de freinage transmis par le pneumatique à la route en N ; fä est un coefficient de frottement visqueux global en N.s.m-1 ; et 0 est un angle de la roue en rad. 20 Le couple de freinage est lié à une efficacité de freinage par l'équation : Cfr = Kbrk(t) • Fc(t) ; où Kbrk(t) est l'efficacité de freinage qui peut fortement varier en fonction de l'usure du pneumatique et de la température ; et Fe) est 25 un effort appliqué au niveau d'un étrier du véhicule. Le couple de freinage transmis par le pneumatique à la route est alors : Cr= R . Fr=Jt. L20ùCmot +Cfr. Sur la figure 2 sont représentées les entrées et les sorties d'une 30 unité 2 de détection du glissement de consigne optimal. Les entrées sont, pour chaque roue : - la vitesse longitudinale du véhicule (Vref, en rad.s-1) ; - une mesure de la vitesse angulaire de la roue (Qr;Jäestf;,, en rad.s-1) ; - le couple de freinage mesuré au pneumatique (Cfr,ijesf, en N.m) ; et - une variable booléenne ABS,J, pour laquelle si ABS,J = 1 alors la régulation ABS est inactive, et si ABS,J = 0 alors la régulation ABS est active. La variable booléenne ABS,J est calculée par un bloc ABS. La régulation ABS est faite roue par roue. Lorsqu'il se déclenche sur une roue ki, c'est-à-dire, si la vitesse de la roue k/ passe en dessous d'un certain seuil, la variable booléenne ABSk, passe à 0, sinon, celle-ci reste à 1. Le module comprend, pour chaque roue, une seule sortie qui est : - le glissement de consigne S,,,J,cons optimal. La mesure de la vitesse angulaire de la roue ç2r,ijest,fi/ est filtrée afin d'éliminer du bruit éventuel. Le glissement de consigne optimal S,,,J,cons est un vecteur à quatre dimensions. Les indices ij désignent les roues, par exemple, si le véhicule a quatre roues, i=1 peut correspondre aux roues avant, i=2 aux roues arrières, j=1 aux roues gauches, et j=2 aux roues droites. La figure 3 représente schématiquement une unité 3 de calcul du couple de freinage transmis du module 2. Lors du freinage, il est supposé que le conducteur n'appuie pas en même temps sur la pédale de frein et sur la pédale d'accélération, d'où Cmot = 0. Un gain Jf est tout d'abord appliqué à la mesure filtrée de la vitesse angulaire de la roue Qr,ij,est,fi/ par un amplificateur 31. La sortie Jf.52r,uest,fi/ de l'amplificateur 31 est reliée à un dérivateur 32 qui dérive la sortie en fonction d'une variable temps. Le gain ne dépendant pas du temps, on obtient à la sortie du dérivateur Jf. d Ardt rures" La sortie du dérivateur est ajoutée (par un additionneur 33) à la mesure du couple de freinage Cfr,U,esf pour obtenir le couple de freinage transmis Cr,u. En référence à la figure 4, sera décrit ci-après le calcul du glissement par une unité 4 de calcul du glissement du module 2. La mesure filtrée de la vitesse angulaire de la roue ç2r,lj,est,fi/ est soustraite à la vitesse longitudinale du véhicule par un additionneur 41. Un inverseur 42 inverse la vitesse longitudinale du véhicule. Les sorties de l'additionneur 41 (Vref - Qr,lj,est,fl/) et de l'inverseur 42 sont injectées dans un multiplicateur 43 qui les multiplie entre eux. On obtient à la sortie du multiplicateur 43 le glissement S,,,j. Une unité 5 de filtrage des signaux glissement et couple transmis permet de synchroniser les entrées nécessaires à l'unité 6 de mémorisation du glissement de consigne S,,coäs optimal ainsi que le couple de freinage transmis comme illustré sur la figure 5. Concernant le filtrage du glissement S,,11, deux situations peuvent se présenter. Dans une première situation, la vitesse longitudinale Vref est inférieure à une valeur seuil V1. Si la vitesse Vref est inférieure à cette valeur seuil V1, alors la valeur du glissement n'est pas correcte. Un glissement nul est alors choisi grâce à un comparateur 511 et un actionneur 512 qui commande à un sélectionneur 513 afin de choisir la valeur à injecter à l'unité 6 de mémorisation. Dans une deuxième situation, l'actionneur 512 commande au sélectionneur 513 la sélection de la valeur du glissement si Vref >V1. Sinon, l'actionneur 512 commande la sélection de la valeur nulle. La sortie du sélectionneur 513 est reliée à un premier filtre discret 521 de constante de temps rl pour obtenir à la sortie un glissement filtré S,,;j,f;,. Parallèlement, le couple de freinage transmis Cr,j est filtré par un deuxième filtre 522 de constante de temps r2. La sortie du deuxième filtre 522 est, d'un côté, reliée à un dérivateur 53. La dérivée du couple de freinage transmis Cr;; filtré par le deuxième filtre est filtrée une deuxième fois par un troisième filtre discret 523 de constante de temps T3. D'un autre côté, la sortie du deuxième filtre 522 est reliée à un quatrième filtre 524 de constante de temps r4 afin d'obtenir une valeur de couple de freinage transmis filtrée C,-,;;,f;;. La sortie du deuxième filtre 522 est dérivée par le dérivateur 53. Afin de synchroniser le glissement et la sortie du dérivateur 53, deux filtrages sont nécessaires (premier filtre et troisième filtre). On a alors Tl = T3. La vitesse longitudinale Vref est calculée à partir des vitesses de roue déjà filtrées 52r,u,est,fl; comme décrit dans la demande de brevet n° 0756854, déposée le 31 juillet 2007 par la présente demanderesse. Elle est donc retardée par rapport au couple de freinage transmis Cr;;. Le deuxième filtre 522 permet dont de s'assurer que le couple de freinage Cr;; transmis et le glissement soient en phase ; le deuxième filtre 522 synchronise le glissement et le couple de freinage transmis Cr;;. Le couple de freinage transmis Cr;; est ensuite dérivé par le dérivateur 53. La sortie du dérivateur 53 est alors bruitée. Afin de diminuer ou de l'éliminer, un filtrage par le quatrième filtre 524 est réalisé sur la dérivée du couple de freinage transmis. Les différents filtrages permettent de visualiser le couple de freinage transmis Cr;;, sa dérivée Cr,;; ainsi que le glissement sur une même courbe pour effectuer des corrélations puisque qu'ils sont alors synchronisés. On a alors Tl = T3 = T4. Le glissement filtré 5,,;;,f;;, la dérivée filtrée Cr,u,fl du couple de freinage transmis Cr;; et la variable booléenne ABS;; sont mis en entrée de l'unité 6 de mémorisation du glissement de consigne optimal. En référence à la figure 6, est décrite la mémorisation du glissement de consigne optimal par l'unité 6. Des conditions pour mémoriser un glissement comme étant le glissement de consigne optimal est : dcr u dt (t - Êt) > o dC .. (S.1) dt (t) où t est une variable temps et At est un pas d'échantillonnage (de l'ordre de 10 ms). Afin de réaliser ce test, un premier retardateur 61 retarde la dérivée filtrée du couple de freinage transmis Cr,u,f;, d'un temps At. 10 Un premier comparateur 621 compare alors la dérivée filtrée et retardée du couple de freinage transmis Cr,u,f;, (t - At) à la valeur nulle, si la dérivée filtrée et retardée est supérieure à la valeur nulle, alors le premier comparateur 621 émet en sortie un signal 1, sinon, il émet un signal 0. Un deuxième comparateur 622 compare la dérivée 15 filtrée du couple de freinage transmis Cr,u,f;, à la valeur nulle, si la dérivée filtrée est inférieure à la valeur nulle, alors le deuxième comparateur 622 émet un signal 1, il émet 0 sinon. Si le système S.1. est vérifié, une première porte logique ET 631 émet en sortie un signal 1 vers une deuxième porte logique ET 632. 20 Parallèlement à ce test, un troisième comparateur 64 compare la valeur de vitesse longitudinale du véhicule Vref à une valeur seuil V2 qui correspond à une valeur de désactivation du régulateur ABS. Le troisième comparateur 64 émet en sortie une valeur 1 si la vitesse longitudinale Vref est supérieure au seuil V2, une valeur 0 sinon. 25 En dessous d'une certaine vitesse, la régulation ABS est désactivée ; le calcul d'un glissement de consigne n'est plus nécessaire. On peut prendre VI = V2.5 Toujours en parallèle, une troisième porte logique ET 633 prend en entrée les variables booléennes ABS11i ABS12, ABS21 et ABS22 qui correspondent respectivement aux roues : avant gauche, avant droite, arrière gauche et arrière droite, pour un exemple d'un véhicule à quatre roues sur lesquelles on réalise une régulation ABS. La troisième porte logique ET 633 émet en sortie la valeur 1 si toutes les variables booléennes ABS;; valent 1, c'est-à-dire si le régulateur ABS est non actif, et la valeur 0 sinon. Une porte logique NON 65 reçoit la valeur de sortie de la troisième porte logique ET 633 et renvoie une valeur 1 si la valeur de sortie de la troisième porte logique ET 633 est 0, une valeur 0 sinon. Cette valeur de sortie de la porte logique NON 65 est envoyée à un intégrateur 66. Ceci signifie que si au moins une des variables booléennes ABS;; a pour valeur 0, c'est-à-dire que le régulateur ABS est actif sur au moins une des roues, alors une intégration est lancée sur l'intégrateur 66 ; c'est la condition de reset de l'intégrateur 66. En fait, c'est la valeur 1 qui est intégrée ; en sortie de l'intégrateur, on obtient donc un temps écoulé depuis le reset de l'intégrateur 66 qui est comparé par un comparateur 67 à un temps de mémorisation de glissement. C'est-à-dire, qu'on obtient le temps écoulé depuis que la régulation ABS a été activée sur au moins une roue. Si le temps en sortie de l'intégrateur 66 est supérieur ou égal au temps de mémorisation de glissement, une valeur 1 est émise en sortie du comparateur 67. Cette comparaison est nécessaire car le premier cycle de régulation ABS est plus violent que les autres (forte divergence des valeurs). Un temps de temporisation est alors nécessaire avant de réaliser la mémorisation du glissement. Les sorties de la première porte logique ET 631, du comparateur 64 et du comparateur 67 sont envoyées vers la deuxième porte logique ET 632 qui commande un commutateur 68. Le commutateur 68 permet de sélectionner la valeur de glissement filtrée S,,;;,f;, si les trois conditions suivantes sont remplies : - on est sur un maximum de la courbe représentant l'effort longitudinal par rapport au glissement (sortie de la première porte logique ET 631 égale à 1) ; - la valeur de la vitesse longitudinale Vref est supérieure à la valeur seuil V2 (sortie du comparateur 64 égale à 1) ; et - le régulateur ABS est actif au moins sur une des roues pendant au moins le temps de mémorisation du glissement (et le temps d'intégration est supérieur au temps de mémorisation de glissement, sortie du comparateur 67 égale à 1). Dans les autres cas, c'est le glissement de consigne S,,,;,coäS optimal enregistré au temps t - At qui est sélectionné grâce au commutateur 68 et à un retardateur 69. Le glissement de consigne S,,,;,coäS optimal est initialement fixé à O. La valeur sélectionnée est ensuite mémorisée. En ce qui concerne les pneumatiques pour lesquels les variations de couple de freinage ont peu d'amplitude, par exemple pour les pneumatiques arrières sur un revêtement à haute adhérence, la régulation ABS selon la présente invention ne prendra pas en compte ces roues, car la détection est alors peu fiable. La présente invention permet donc d'obtenir le glissement de consigne optimal qui maximise les efforts de freinage. Elle permet également d'obtenir une information sur l'adhérence. Un des avantages de la présente invention est qu'elle peut être appliquée aussi bien à une technologie électrique (dite Brake by Wire) qu'à une technologie hydraulique de système de freinage. La présente invention permet de détecter en temps réel le glissement de consigne optimal du régulateur ABS afin d'avoir une régulation plus performante et plus précise tout en ayant un principe de calcul simple et donc facilement embarqué sur un calculateur automobile. Le procédé peut être mis en oeuvre par un dispositif comprenant des moyens du type capteurs, calculateur, etc., lequel dispositif est lui- même embarqué dans un véhicule motorisé La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation 5 décrits ci-dessus, mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation antiblocage des roues d'un véhicule comprenant : - une unité (3) de calcul d'un couple de freinage transmis (Cr;;) par un pneumatique d'une roue (ij) du véhicule à la route, pour chacun des pneumatiques ; - une unité (4) de calcul d'un glissement (S,,;;) du pneumatique par rapport à la route, sur chacun des pneumatiques des roues du véhicule ; - une unité (5) de filtrage des signaux glissement (S,,;;) et couple de freinage transmis (Cr;;) ; et - une unité (6) de mémorisation d'un glissement de consigne (S, u,coäs) optimal pour chacun des pneumatiques ; caractérisé en ce que le glissement de consigne (S,,;;,coäs) optimal du pneumatique par rapport à la route, pour chacune des roues, est obtenu en temps réel à partir des valeurs suivantes : - une vitesse (Vref) longitudinale du véhicule; - une vitesse angulaire de la roue (Qr,lj,est,fi/) ; - un couple de freinage mesuré à la roue (Cfr,lj,esf) ; et - une variable booléenne (ABS;;) valant 1 si la régulation est inactive et 0 si la régulation est active. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, si la régulation est active, un temps écoulé depuis le début de l'activation de la régulation est calculé ; et en ce que le glissement (S,,;;) est mémorisé si le temps écoulé est supérieur à un temps de mémorisation de glissement. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité (3) de calcul d'un couple transmis calculeun couple de freinage transmis (Cr;;) à partir de la vitesse (Vref) longitudinale du véhicule et du couple de freinage mesuré (Cfr,ij,esf)• 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un glissement (S,,;;) est calculé par l'unité (4) de calcul d'un glissement à partir de la vitesse longitudinale (Vref) et de la vitesse angulaire (Qr,ij,est,fi/)• 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de filtrage des signaux glissement et couple de freinage transmis synchronise un glissement filtré (5,,;;,f;,) et une dérivée du couple de freinage transmis (Cr,u,f;, ), obtenus respectivement à partir du glissement (S,,;;) et du couple de freinage transmis (Cr;;). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité (6) de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t : - la valeur du glissement filtré (5,,;;,f;,), si la dérivée du couple de freinage transmis (Cr,u,f;,) est supérieure à 0 à un instant t - At, et est inférieure à o à l'instant t ; - la valeur du glissement de consigne (S,,;;,coäs) mémorisée à l'instant t - At sinon ; avec At un pas d'échantillonnage de l'ordre de 10 ms, et la valeur du glissement de consigne (S,,;;,coäs) étant initialement mise à 0. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité (6) de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t: - la valeur du glissement filtré (5,,;;,f;,), si de plus la valeur de la vitesse longitudinale (Vref) est supérieure à une valeur seuil (V2) ;- la valeur du glissement de consigne (S,,;;,coäS) mémorisée à l'instant t - At sinon. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité (6) de mémorisation du glissement optimal mémorise à un instant t : - la valeur du glissement filtré (5,,;;,f;,), si de plus, au moins une variable booléenne (ABS;;) correspondant à une roue (ij) vaut 0 ; - la valeur du glissement de consigne (S,,;;,coäS) mémorisée à l'instant t - At sinon. 9. Dispositif de régulation antiblocage des roues comprenant des moyens mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule motorisé comprenant un dispositif selon la revendication précédente.15