Brevet FR2931440A1 — publié le 20091127

La présente invention concerne un procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. Elle concerne aussi un système de commande d'actionneurs mettant en oeuvre un tel procédé de commande. Elle concerne enfin un véhicule comprenant un tel système de commande d'actionneurs. II est connu de pouvoir améliorer la traînée aérodynamique d'un véhicule par l'expulsion de jet d'air au niveau de la carrosserie de ce véhicule. Cette application nécessite un moyen pour générer un jet d'air au niveau de la carrosserie du véhicule. Deux technologies peuvent être utilisées pour ces moyens : Une première technologie prévoit un moyen pour mettre sous pression l'air ou pour utiliser une réserve d'air (ou de tout autre gaz sous pression) et un moyen pour générer un jet d'air au niveau de la carrosserie, ce jet d'air étant produit par libération de l'air sous pression au niveau d'une buse. Cette première technologie permet de produire un jet continu ou pulsé. Une deuxième technologie prévoit que le moyen pour générer un jet d'air au niveau de la carrosserie du véhicule est un actionneur aérodynamique 100, représenté à la figure 2 et présentant une cavité close 101 ouverte à l'extérieur via un orifice 103 et dont au moins une des parois est constituée d'une ou de plusieurs membranes vibrantes 102. Cette deuxième technologie permet de produire un jet synthétique 104 caractérisé par un débit alternatif, nul en moyenne et utilisant l'air extérieur au véhicule pour synthétiser le jet d'air. On connaît des demandes FR 06 50370 et FR 06 50371 des utilisations 30 d'actionneurs générant des jets synthétiques pour améliorer les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule. MS\REN091 FR.dpt On connaît aussi du document FR 03 10353 une utilisation d'un actionneur de jets synthétiques et/ou de jets pulsés pour contrôler des écoulements et des décollements aérodynamiques. On connaît encore du document FR 2 791 029 des dispositifs permettant d'améliorer l'aérodynamique d'un véhicule terrestre. Ils comprennent notamment des actionneurs pour déplacer des éléments mobiles. 10 L'utilisation de jets synthétiques pour l'amélioration aérodynamique d'un véhicule terrestre est très peu connue et très peu développée. Relativement à cette technologie, on connaît par exemple, de différents documents (EP 1 544 089, US 6,471,477, US 6,457,654), l'utilisation de 15 jets synthétiques pour améliorer l'aérodynamique d'un véhicule. L'amélioration de l'aérodynamique est obtenue par la présence de jet synthétique à la surface de la carrosserie du véhicule, le jet synthétique étant par exemple créé à l'orifice d'une cavité dans laquelle un actionneur électrique fait vibrer une ou plusieurs rnembranes. 20 Relativement à l'utilisation de jets pulsés pour améliorer les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule terrestre, on connaît : ù De la demande FR 2 890 637, une disposition particulière, sur la carrosserie d'un véhicule, d'orifices de sortie des jets pulsés. 25 De la demande DE 196 33 205, un système de jets pulsés produits à partir d'une pompe à air. De la demande DE 197 38 008, un système tel que la vitesse des jets dépend de la vitesse du véhicule qui en est équippé. Du brevet US 5,863,090, un système de génération de jets pulsés 30 contrôlés par une vanne. MS\REN091 FR.dpt5 Par ailleurs, on connaît des brevets US 5,090,766 et US 4,810,022 des systèmes électroniques pour actionner des déflecteurs d'air pour améliorer l'aérodynamique d'un véhicule. La demande US 2005/0121946 concerne l'utilisation de matériaux actifs pour déformer une carrosserie de véhicule ou permettre de créer des dispositifs de type déflecteur d'air. Le document JP 07218526 décrit le fonctionnement d'un capteur de vent qui utilise des informations de position du volant de direction et de vitesse du véhicule. Le document JP 06289040 décrit un dispositif embarqué permettant de déterminer la vitesse et le sens du vent. En outre, le brevet US 5,117,687 décrit un capteur omnidirectionnel aérodynamique. Le but de l'invention est de fournir un procédé de commande d'actionneurs aérodynamiques permettant d'obvier aux inconvénients identifiés précédemment et permettant d'améliorer les procédés connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de commande d'actionneurs permettant d'optimiser la consommation énergétique de ceux-ci. L'invention porte encore sur un système de commande mettant en oeuvre un tel procédé. Le procédé selon l'invention permet de commander un ensemble d'actionneurs modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. II est caractérisé en ce qu'on active au moins certains des actionneurs en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule. Une caractéristique de roulage du véhicule peut comprendre la vitesse du véhicule. MS\REN091 FR.dpt Des caractéristiques de roulage du véhicule peuvent comprendre des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule. On peut déterminer des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule en utilisant une infomation de vitesse longitudinale du véhicule et des informations de pression d'air sur la carrosserie du véhicule. On peut désactiver au moins certains actionneurs lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un premier seuil. Le premier seuil peut varier en fonction des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule. Une caractéristique de roulage du véhicule peut comprendre une information de braquage des roues directrices du véhicule. Le procédé de commande peut être appliqué à des actionneurs du type à 20 membrane vibrante. On peut appliquer à au moins certains des actionneurs une consigne de fréquence et/ou une consigne d'amplitude, cette ou ces consignes variant en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule. Les actionneurs peuvent être commandés en boucle ouverte. Les actionneurs peuvent être commandés en boucle fermée. 30 Le système selon l'invention permet de commander un ensemble d'actionneurs modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. Il est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé de commande défini précédemment. MS\REN091 FR.dpt 25 Les moyens matériels peuvent comprendre un capteur de vitesse du véhicule et des capteurs de pression d'air sur la carrosserie du véhicule et des moyens de génération de signaux électriques de commande des actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule et/ou des moyens d'activation/désactivation des actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule. Le véhicule automobile selon comprend un système de commande défini 10 précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, trois modes d'exécution d'un procédé de commande selon l'invention et un mode de réalisation d'un système de commande selon l'invention. La figure 1 est un schéma d'un véhicule équipé d'un système de commande selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un exemple d'actionneur 20 aérodynamique pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre l'invention. La figure 3 est un ordinogramme d'un premier mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention. 25 La figure 4 est un ordinogramme d'un deuxième mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention. La figure 5 est un ordinogramme d'un troisième mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention. MS\REN091 FR.dpt 15 30 La figure 6 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une unité logique du système de commande selon l'invention. Un véhicule automobile 1, représenté à la figure 1, est muni d'un système 9 de modification de ses caractéristiques aérodynamiques comprenant un ensemble d'actionneurs aérodynamiques 100 et un système 2 de commande de ces actionneurs aérodynamiques. Comme expliqué précédemment les actionneurs aérodynamiques permettent de produire des jets synthétiques à la surface de la carrosserie du véhicule. Ainsi, les caractéristiques aérodynamiques du véhicule peuvent être améliorées. Pour ce faire, des réseaux d'actionneurs de jets synthétiques sont positionnés sur la carrosserie du véhicule (par exemple en fin de pavillon et/ou de malle de coffre, sur les custodes, sur les montants cle baies,...). Les actionneurs aérodynamiques produisant les jets synthétiques sont des actionneurs dynamiques, c'est-à-dire que leurs performances sont liées d'une part à la géométrie du véhicule et d'autre part aux conditions de roulage du véhicule. Le système 2 de commande comprend une batterie 5, un calculateur 4, des capteurs 6a à 6e et une unité 3 de pilotage des actionneurs. Le calculateur et l'unité de pilotage sont alimentés par la batterie via un 25 réseau de bord du véhicule. Par exemple, une tension continue 12V est utilisée. Des signaux fournis par des capteurs, notamment les capteurs 6a à 6e, attaquent le calculateur. Ils permettent à celui-ci de déterminer des 30 caractéristiques des conditions de roulage du véhicule et, éventuellement, des caractéristiques du flux d'air dans lequel le véhicule MS\REN091 FR.dpt se trouve et/ou des caractéristiques de l'écoulement d'air autour du véhicule. En fonction de ces caractéristiques, le calculateur est à même, comme décrit plus bas, de fournir des consignes de pilotage des actionneurs. Ces consignes (qui sont par exemple des consignes d'amplitude et/ou des consignes de fréquence des signaux d'alimentation des actionneurs) sont fournies à l'unité 3 de pilotage qui met en en forme des signaux d'alimentation des actionneurs qu'elle applique à chacun des actionneurs. Ces consignes transitent sur un réseau d'information du véhicule (CAN, LIN...). Alternativement, les consignes peuvent être établies au niveau de l'unité de pilotage. Les informations transitant entre le calculateur et l'unité de pilotage peuvent être des consignes comme vu précédemment, mais aussi des mesures, des ordres de commande, des données de diagnostic du système de modification des caractéristiques aérodynamiques, des informations d'état de fonctionnement du moteur thermique marche/arrêt. Pour établir les consignes de pilotage des actionneurs, on utilise notamment une information de vitesse longitudinale du véhicule et/ou une information d'angle de braquage des roues et/ou une information de pression d'air à la surface de la carrosserie. Des capteurs aérodynamiques de pression peuvent être disposés, par exemple à l'avant et à l'arrière du véhicule, pour donner des informations sur le comportement aérodynamique du véhicule. A partir de ces informations, on génère la ou les consignes de pilotage sur la puissance électrique délivrée et la fréquence d'actionnement des actionneurs de jet synthétique. Piloter la fréquence du jet d'air est équivalent à piloter la fréquence d'excitation (de vibration) des MS\REN091 FR.dpt membranes des actionneurs. Piloter l'amplitude de vitesse du jet d'air est équivalent à piloter la puissance électrique fournie à l'actionneur. Les actionneurs électriques reçoivent des consignes de type signal électrique alternatif, de préférence des signaux sinusoïdaux ou de type modulation d'amplitude ou modulation d'impulsion. Dans le cas d'une modulation, deux fréquences sont caractérisées, la fréquence modulante et la fréquence porteuse. Afin de mettre en oeuvre le procédé de commande objet de l'invention, le système de commande comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre de chacune des étapes essentielles de ce procédé. Notamment, le système comprend des moyens de détermination de caractéristiques de roulage du véhicule. Il peut notamment comprendre pour déterminer ces caractéristiques des capteurs de pression d'air et/ou un capteur de vitesse et/ou un capteur d'angle de braquage des roues directrices du véhicule. Il comprend également un calculateur et/ou une unité de pilotage des actionneurs pour générer des signaux électriques de commande des actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule et/ou pour activer et désactiver les actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule. Un premier mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention est représenté à la figure 3. Dans une première étape 10, on démarre le véhicule, c'est-à-dire qu'on met en marche son moteur. Dès que le moteur est en marche, dans une étape 12, on active les 30 actionneurs aérodynamiques. Ceux-ci fonctionnent selon des consignes fixées (amplitude de vitesse du jet, noté Vj et fréquence du jet, noté Fj). MS\REN091 FR.dpt25 Un exemple de consigne fixée serait 'Jj=40 m/s (+/-10 m/s) et 5 Hz Dans une étape 13, on teste si l'arrêt du véhicule est commandé. Si tel n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 12. Si tel est le cas, on passe aux étapes 14 et 15. Dans les étapes 14 et 15, on désactive les actionneurs et le moteur est 15 arrêté. Dans une variante de ce premier mode d'exécution du procédé de fonctionnement, on intercale, entre les étapes 10 et 12, une étape 11 de détermination de consignes de fonctionnement des actionneurs. Dans 20 cette étape, on détermine les consignes, par exemple en utilisant les paramètres déjà évoqués précédemrnent. Dans ce cas, on boucle sur l'étape 11 si le résultat du test de l'étape 13 est négatif. Un deuxième mode d'exécution du procédé de commande selon 25 l'invention est représenté à la figure 4. Dans une première étape 20, on démarre le véhicule, c'est-à-dire qu'on met en marche son moteur. 30 Dans une étape 21, on détermine la vitesse longitudinale du véhicule. MS\REN091 FR.dpt Dans une étape 22, on détermine les consignes de fonctionnement des actionneurs en utilisant l'information de vitesse longitudinale de l'étape précédente. Ces consignes sont variables et calculées en fonction de la vitesse véhicule, noté VO. Un exemple de consigne variable serait 0.2 Dans une étape 23, on active les actionneurs aérodynamiques en les alimentant conformément aux consignes qui viennent d'être établies. Dans une étape 24, on teste si l'arrêt du véhicule est commandé. Si tel 20 n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 21. Si tel est le cas, on passe aux étapes 25 et 26. Dans les étapes 25 et 26, on désactive les actionneurs et le moteur est arrêté. Un troisième mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention est représenté à la figure 5 Dans une première étape 30, on démarre le véhicule, c'est-à-dire qu'on 30 met en marche son moteur. MS\REN091 FR.dpt 25 Dans une étape 31, on maintient les actionneurs à leur état désactivé. Dans une étape 32, on teste si l'arrêt du véhicule est commandé. Si tel 5 n'est pas le cas, on passe à une étape 34. Si tel est le cas, on passe à une étape 33 dans laquelle le moteur est arrêté. A l'étape 34, on détermine différents paramètres d'état du véhicule comme sa vitesse, la pression d'air en différents points de la carrosserie, 10 l'angle de braquage des roues directrices. Dans une étape 35, on teste si la vitesse du véhicule est inférieure à un seuil de vitesse. Si tel est le cas, on boucle sur l'étape 31 et les actionneurs sont maintenus à leur état désactivé. Si tel n'est pas le cas, 15 on passe à une étape 37 dans laquelle les actionneurs sont activés. A l'issue de cette étape 37, on boucle sur l'étape 34. Dans une première variante de réalisation de ce troisième mode 20 d'exécution, le critère de la vitesse du véhicule peut être couplé à d'autres paramètres pour déclencher l'activation et/ou la désactivation du fonctionnement des actionneurs. Ainsi, les mesures de capteurs de pression permettent par exemple de pondérer les relations déterminant les consignes de vitesse Vj et de fréquence Fj qui sont fonction de la 25 vitesse du véhicule VO. Dans une deuxième variante de réalisation de ce troisième mode d'exécution, on intercale, entre l'étape 35 et l'étape 37, une étape 36 de calcul de consignes, celles-ci étant variables. MS\REN091 FR.dpt 30 Dans une deuxième variante de réalisation de ce troisième mode d'exécution, selon les valeurs des paramètres déterminées à l'étape 34, on active seulement une partie des actionneurs aérodynamiques l'autre partie des actionneurs restant ou étant désactivée. Cette variante est privilégiée pour la stabilité dynamique du véhicule lors de dépassements et de rafales de vent latéral. Un premier mode de réalisation de moyen de commade d'un système selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 6. Il s'agit d'un 10 moyen permettant un contrôle en boucle ouverte. Ce moyen comprend principalement une cartographie 54. En entrée, on fournit à la cartographie un signal 51 de vitesse du véhicule et éventuellement un signal 52 de pression d'air mesuré sur la carrosserie 15 du véhicule. Les valeurs de ces signaux sont traitées au sein de la cartographie pour fournir en sortie un signal 55 de consigne de fréquence d'alimentation des actionneurs et un signal 56 de consigne d'amplitude d'alimentation 20 des actionneurs. En variante, il est possible de compléter le moyen de commande en fournissant également à la cartographie un signal 53 d'angle de braquage des roues directrices du véhicule. En variante, il est possible de compléter le moyen de commande en obtenant également en sortie de cartographie un signal 57 définissant les actionneurs actifs et les actionneurs inactifs. MS\REN091 FR.dpt 25 Un deuxième mode de réalisation de moyen de commande d'un système selon l'invention peut être utilisé. Il s'agit d'un moyen adaptatif permettant un contrôle en boucle fermée. La mesure donnée par les capteurs de pression, pondérée par la mesure de la vitesse du véhicule et de l'angle de braquage est entrée dans un contrôleur adaptatif, par exemple suivant l'algorithme d'ARMARKOV, qui à travers un système d'identification de la dynamique des actionneurs, donne une consigne d'amplitude et de fréquence du jet, soit une consigne d'alimentation électrique. L'état du système est alors changé et la différence entre l'état obtenu et l'état voulu est alors réinjectée dans le contrôleur d'une manière adaptative jusqu'à ce qu'un critère seuil d'optimisation soit atteint (par exernple atteinte d'une réduction des fluctuations de pression et/ou augmentation des pressions statiques sur l'arrière du véhicule). L'un des deux moyens de contrôle peut s'avérer intéressant par rapport à l'autre en termes de puissance consommée par les actionneurs. En effet la puissance consommée est proportionnelle à la vitesse de jet demandée, pondérée par la fréquence d'utilisation (qui dépend de la technologie des actionneurs) et des conditions de roulage. Ainsi, pour un type de roulage dans lequel les conditions de roulage sont plus ou moins constantes, le contrôle en boucle ouverte est privilégié. Pour un type de roulage dans lequel les conditions de roulage sont changeantes par exemple dans un cycle de caractérisation des émissions polluantes et de la consommation du véhicule (vitesse véhicule non constante, dépassernent, vent latéral,...) le contrôle adaptatif en boucle fermée est privilégié. MS\REN091 FR.dpt Ainsi, dans le procédé de commande selon l'invention, le pilotage des actionneurs peut être réalisé en boucle ouverte ou en boucle fermée selon les conditions de roulage du véhicule. De préférence, on utilise selon l'invention des actionneurs de jets synthétiques. De préférence, on désactive tous les actionneurs ou au moins une partie des actionneurs lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un seuil de vitesse. En effet, en dessous d'un certain seuil de vitesse l'effet de tels actionneurs est négligeable. En revanche, la puissance nécessaire à l'activation des actionneurs aérodynamiques peut être relativement importante. Les capteurs de pression sur la carrosserie du véhicule peuvent permettre de déterminer les caractéristiques du flux d'air dans lequel se trouve le véhicule indépendamment de sa vitesse, et notamment la vitesse et la direction de ce flux d'air. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour commander les actionneurs aérodynamiques. Par exemple, on peut imaginer le cas d'un véhicule automobile se déplaçant avec un vent arrière de 50 km/h. Dans ce cas, les actionneurs aérodynamiques peuvent par exemple être tous désactivés tant que la vitesse du véhicule n'est pas supérieure à 80 km/h. A l'inverse, on peut par exemple, imaginer le même véhicule automobile se déplaçant avec un vent de face de 50 km/h. Dans ce cas, les actionneurs aérodynamiques peuvent par exemple être tous désactivés tant que la vitesse du véhicule n'est pas supérieure à 40 km/h. 30 MS\REN091 FR.dpt25 Enfin on peut par exemple imaginer le même véhicule automobile se déplaçant en l'absence de vent. Dans ce cas, les actionneurs aérodynamiques peuvent par exemple être tous désactivés tant que la vitesse du véhicule n'est pas supérieure à 50 km/h. Ainsi, l'activation des actionneurs peut être réalisée en fonction de caractéristiques de l'écoulement d'air autour du véhicule. Les capteurs de pression sur la surface de la carosserie permettent de 10 déterminer la vitesse du courant d'air et/ou la direction du courant d'air dans un référentiel lié au véhicule automobile. Dans la présente demande, par � activer un actionneur en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule �, on entend � activer et 15 désactiver l'actionneur en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule � et/ou � activer l'actionneur selon des consignes variant en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule �. MS\REN091 FR.dpt Revendications: 1. Procédé de commande d'un ensemble d'actionneurs (100) modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu'on active au moins certains des actionneurs en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une caractéristique de roulage du véhicule comprend la vitesse du véhicule. 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des caractéristiques de roulage du véhicule comprennent des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on détermine des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule en utilisant une infomation de vitesse longitudinale du véhicule et des informations de pression d'air sur la carrosserie du véhicule. 5. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on désactive au moins certains actionneurs lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un premier seuil. 6. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier seuil varie en fonction des paramètres caractéristiques du flux d'air dans lequel se déplace le véhicule. MS\REN091 FR.dpt 7. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une caractéristique de roulage du véhicule comprend une information de braquage des roues directrices du véhicule. 8. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'applique à des actionneurs du type à membrane vibrante. 10 9. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on applique à au moins certains des actionneurs une consigne de fréquence et/ou une consigne d'amplitude, cette ou ces consignes variant en fonction de caractéristiques de roulage du véhicule. 15 10. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les actionneurs sont commandés en boucle ouverte. 20 11. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les actionneurs sont commandés en boucle fermée. 12. Système (2) de commande d'un ensemble d'actionneurs (100) 25 modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels (3, 4, 5, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une des revendications précédentes. 30 13. Système de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens matériels comprennent un capteur de vitesse du véhicule e1 des capteurs de pression d'air sur MS\REN091 FR.dpt5la carrosserie du véhicule et des moyens (3, 4) de génération de signaux électriques de commande des actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule et/ou des moyens (3, 4) d'activation/désactivation des actionneurs en fonction des caractéristiques de roulage du véhicule. 14. Véhicule (1) automobile comprenant un système de commande (2) selon la revendication 12 ou 13. MS\REN091 FR.dpt