Brevet FR2941204A1 — publié le 20100723

L'invention concerne un procédé de commande d'un frein de véhicule avec correction en couple adaptative. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Les systèmes de freinage pour véhicule comportent des actionneurs de freinage (hydrauliques ou électromécaniques) pour appliquer aux roues du véhicule un couple de freinage tendant à ralentir le véhicule. La plupart des commandes de frein connues en aéronautique utilisent une consigne, qui est traduite soit en une pression dans le cas des freins hydrauliques, soit en un effort à appliquer ou un déplacement du poussoir dans le cas de freins à actionneurs électromécaniques. Des commandes utilisant une consigne de couple et organisant une boucle de rétroaction sur la base du couple mesuré ont été proposées, comme dans le document US 2005/0001474. Ces commandes présentent l'avantage de prendre en compte globalement l'action du frein via le contrôle du couple qu'il génère, en permettant une adaptation aux dispersions de la réponse en couple du frein pour un effort de freinage donné. Cependant, ces commandes à bande passante élevée peuvent interférer avec la protection anti-blocage des roues, notamment en cas de déphasage entre les commandes en couple et les commandes de l'anti-blocage. Dans certaines conditions d'adhérence, la commande en couple envoie une consigne de couple temporairement nulle pour éviter le blocage des roues. Mais si la roue se bloque intempestivement, le couple mesuré s'annule brutalement et le couple mesuré est alors égal à la consigne de couple nul. La roue reste ainsi bloquée, sans que le frein ne soit commandé pour relâcher la roue. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet une commande de frein en utilisant une consigne d'effort ou de position, mais tenant néanmoins compte du couple mesuré. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de l'invention, on propose un procédé de commande d'un frein de véhicule adapté à exercer un effort de freinage en réponse à une consigne d'actionnement, dans lequel : - à partir d'une consigne de freinage, on détermine une consigne nominale d'actionnement de l'actionneur du frein tenant compte de toutes les composantes de la consigne de freinage ; - à partir de cette même consigne de freinage, et d'une mesure du couple développé par le frein, on détermine une correction de la consigne nominale d'actionnement, la correction ne tenant compte que des évolutions de basse fréquence de la consigne de freinage - on applique la correction à la consigne nominale d'actionnement. Ainsi, on contrôle bien le frein selon la consigne de freinage, et non en couple. La mesure du couple sert ici seulement à produire une correction à basse fréquence de la consigne nominale d'actionnement qui est elle calculée tenant compte des composantes haute fréquence de la consigne de freinage. La correction basse fréquence ainsi proposée permet de réduire les dispersions en couple de freinage pour une consigne de freinage donnée, qui peuvent être causées par le dispersion de l'effort de freinage appliqué ou à une dispersion de la réponse en couple du frein à l'effort de freinage appliqué. En outre, la correction basse fréquence ainsi proposée reste compatible avec une protection d'antiblocage qui module à haute fréquence la consigne de freinage pour éviter le blocage de la roue. Un des avantages de l'invention est de permettre un fonctionnement dégradé du frein en cas de perte du capteur de couple. La correction est alors arbitrairement annulée ou maintenue à sa valeur courante, et le frein est alors régulé uniquement en fonction de la consigne de freinage. Dans le cas particulier d'une consigne de position, la correction en couple selon l'invention permet de compenser les dilatations thermiques qui peuvent faire varier l'effort appliqué par le frein. Avantageusement, la correction en couple est adaptative et tient compte des conditions de fonctionnement du frein ou des freins environnants, notamment ceux portés par le même atterrisseur et recevant la même consigne de freinage. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence à l'unique figure présente un schéma-bloc d'un mode particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est ici décrite en application à un frein d'aéronef de type comportant des actionneurs électromécaniques commandés en déplacement. Un calculateur (non représenté) génère une consigne de freinage F. Cette consigne est corrigée à haute fréquence par un système de protection anti-blocage qui, vérifiant en permanence le taux de glissement de la roue, détecte un éventuel départ au blocage de la roue et diminue en conséquence la consigne de freinage F pour éviter le blocage de la roue. De façon connue en soi, un convertisseur 1 transforme la consigne de freinage F en une consigne de position X pour le poussoir de l'actionneur, ici selon un modèle non-linéaire 1. Le calcul de la consigne de position X est ici réalisée à une fréquence de calcul élevée compatible avec la vitesse de fonctionnement de la protection d'anti-blocage, de sorte que la consigne de position X tient compte à la fois des composantes basse fréquence et des composantes haute fréquence de la consigne de freinage F. Selon l'invention, on calcule une correction de position basse-fréquence xc,,rr, que l'on ajoute au moyen du sommateur 20 à la consigne de position X pour obtenir la consigne de position corrigée Xcarr. ù X +xcnrr • Cette correction de position x~.,,rr tient compte du couple mesuré selon les modalités suivantes. On élabore tout d'abord une image d'un couple moyen C,,,,,, correspondant à la consigne de freinage F. A cet effet, la consigne de freinage F est fournie à un étage proportionnel 2 de gain Kl pour la rendre comparable à un couple, puis est soumise à un premier filtre passe-bas 3 pour en éliminer toutes les composantes haute fréquence, et notamment celles qui sont dues à la mise en oeuvre de la protection d'anti-blocage. Par ailleurs, on utilise une mesure du couple C,,,f,, réellement exercé par le frein qui est fournie à un étage proportionnel 4 de gain K2, puis est soumise à un deuxième filtre passe-bas 5 pour éliminer toutes les composantes haute fréquence ainsi que les bruits de mesure. On obtient un couple mesuré calibré Cm,,. Le couple moyen C v et le couple mesuré calibré Cree sont fournis en entrée d'un comparateur qui génère une erreur E. Cette erreur est soumise à un traitement, en étant fournie à un contrôleur comportant une action proportionnelle 6 de gain K3, une action intégrale 7, et enfin un étage de saturation 8 ayant pour but de restreindre la correction à des valeurs comprises dans l'intervalle [xInin,xmax] . Cette saturation évite les corrections trop importantes qui perturberaient le bon fonctionnement du frein ou conduiraient à appliquer un effort trop élevé supérieur à un effort limite admissible pour le frein. De préférence, et de façon connue en soi, l'action intégrale 7 comporte une protection d'anti- emballement qui fige l'action intégrale lorsque la correction est saturée par l'étage de saturation 8, de façon à éviter l'incrémentation de l'intégrale de l'erreur s tant que la correction est saturée. La sortie de l'étage de saturation 8 est alors fournie à un limiteur de pente 9, qui a pour fonction de garantir des variations progressives de la correction. On obtient ainsi la correction de position recherchée Xcorr• Lorsque l'aéronef est à l'arrêt, un effort de freinage peut être néanmoins appliqué, par exemple pour maintenir l'aéronef immobilisé au parking. L'effort ainsi appliqué conduirait à un couple moyen C1170i, non nul alors que le couple mesuré C,,7e, est nul, ou très faible Dans une telle situation, l'erreur de couple serait grande et conduirait à une correction importante, augmentant encore le déplacement du poussoir des actionneurs, et contribuant ainsi à augmenter l'effort appliqué. Pour éviter une telle situation, on neutralise la correction. Pour effectuer cette neutralisation, on prévoit un commutateur 10 commandé par un organe de désactivation de la correction 11, qui permet de commuter l'entrée du limiteur de pente 9 à une valeur fixe, ici choisie égale à zéro. Cette commutation permet également de neutraliser la correction lorsqu'il est détecté que le capteur de couple fournissant la mesure de couple C,7, est défaillant. Le limiteur de pente 9 disposé en aval du commutateur 10 permet d'éviter les à-coups de correction lors d'une telle commutation, et lors d'une commutation inverse. Avantageusement, en complément comme illustré ici, ou en remplacement de l'étage de saturation 8, on prévoit un étage saturateur 21 pour saturer la consigne corrigée Xä,,, afin de garantir que la consigne corrigée reste dans des niveaux compatibles avec l'intégrité mécanique des composants du freins. Selon l'invention, on utilise un gain K1 variable qui permet d'adapter la correction de couple aux conditions de fonctionnement du frein, en fonction d'un certain nombre de paramètres tels que la vitesse de l'aéronef, ou le point de fonctionnement du frein, en utilisant un modèle numérique adéquat. La variation du gain K1 permet d'adapter l'estimation du couple moyen C,,m,, aux conditions de fonctionnement actuelles ou à venir du frein. L'objectif de cette adaptation est de limiter les phases de fonctionnement pour lesquelles la consigne corrigée est saturée. En effet, si la saturation de la correction est nécessaire pour les raisons déjà exposées, le fonctionnement en mode saturé, ayant pour résultat une correction imparfaite de la réponse en couple, n'est évidemment pas le mode de fonctionnement recherché. Avantageusement, on pourra tenir compte non seulement de paramètres du frein en question, mais de paramètres relatifs à d'autres freins notamment ceux qui reçoivent la même consigne de freinage, ce qui permet d'assurer une uniformisation de l'usure ou de l'échauffement des freins. Ainsi, et selon une première stratégie d'adaptation, on vérifie si la consigne de position corrigée est ou non saturée par l'étage saturateur 21 (ou par l'étage saturateur 8 suivant le mode de réalisation) à la borne maximale de saturation. Une telle saturation signifie que le couple moyen C,7,0 a été surestimé par rapport au couple moyen que le frein est réellement capable de délivrer, ce qui peut survenir sur certains types de freinage pour lesquels la réponse en couple du frein est plus faible que la réponse nominale. Pour remédier à cette surestimation, on abaisse la valeur du gain Kl. Ainsi, l'estimation du couple moyen Cnu, est plus basse pour une même consigne d'effort, ce qui permet de faire revenir la correction xc dans une plage de fonctionnement non saturée, en faisant en sorte que le couple moyen C,,,,,),, associé à la consigne F maximale corresponde au couple maximal pouvant être réellement développé par le frein pour les conditions particulières 10 du freinage en cours. Selon une variante de cette première stratégie, on abaisse le gain K1 de l'ensemble des freins soumis à la même consigne de freinage F, par exemple tous les freins des roues portées par un atterrisseur. Cette 15 adaptation permet de provoquer une uniformisation des couples générés par les freins concernés. Bien sûr, en cas de saturation de la consigne corrigée à la borne minimale de saturation, il conviendra non plus d'abaisser le gain K1, mais au contraire de 20 l'augmenter. Selon maintenant une deuxième stratégie d'adaptation, on adapte le gain K1 en fonction de paramètres représentatifs d'un freinage à venir. Il est connu que la réponse en couple d'un frein est influencée 25 par sa température initiale et par l'énergie de freinage à dissiper. Ainsi, le coefficient K1 peut être adapté en fonction de la température initiale moyenne des freins de l'aéronef et/ou de la vitesse et la masse de l'aéronef (représentatifs de l'énergie de freinage), de sorte que 30 le couple moyen C,,,,11, associé à la consigne F maximale corresponde au couple maximal pouvant être réellement développé par les freins pour les conditions particulières du freinage à venir. Selon maintenant une troisième stratégie, on 35 tient compte des disparités de conditions initiales des différents freins recevant la même consigne de freinage. Il se peut en effet qu'en début de freinage tous les freins n'aient pas la même température ou le même degré d'usure. Ayant des conditions initiales différentes, les différents freins développeront au freinage suivant, pour une consigne identique, des couples différents, et subiront donc des échauffements différents, pouvant accroître les disparités de températures entre freins. L'adaptation du coefficient K1 permet de réduire ces disparités en sollicitant préférentiellement les freins les moins chauds ou les moins susceptibles de s'échauffer (en particulier les freins neufs). Par exemple, si un frein chauffe plus que les autres lors d'un premier freinage, il pourra alors présenter une réponse en couple plus importante lors du freinage suivant, contribuant à un échauffement additionnel plus important que celui des autres freins. Pour éviter cet inconvénient, il est possible, en remarquant avant le freinage que ce frein est plus chaud que les autres, de baisser le gain K1 de ce frein de sorte que le couple Cm,,,,demandé pour ce frein soit diminué. Le frein est ainsi moins sollicité que les autres et s'échauffe moins que les autres, de sorte que les températures des freins concernés s'uniformisent. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait illustré l'invention en relation avec des freins à actionneurs électromécaniques commandés en position, l'invention s'applique plus généralement à tout autre type de commande. On peut par exemple générer des consignes d'actionnement en effort pour des freins de ce même type, ou en pression pour des freins hydrauliques, ces consignes d'actionnement étant corrigées selon l'invention au moyen d'une mesure du couple généré par le frein. Bien que l'on ait ici indiqué que la correction passait subitement à la valeur nulle lorsque la correction était neutralisée, on pourra prévoir d'autres désactivations de la correction, par exemple en maintenant la dernière valeur de correction avant la neutralisation, puis, lorsque la correction est réactivée, en repartant de ladite dernière valeur. On peut neutraliser la correction par d'autres moyens, par exemple en utilisant un sommateur 20 conditionnel qui arrête de sommer la correction de position xcoä à la consigne de position X en réponse à un ordre de neutralisation de la correction. Bien que l'on ait indiqué ici que l'adaptation de la correction en couple aux conditions de freinage se faisait en faisant varier l'estimation du couple moyen développé par le frein, en particulier en utilisant un gain K1 variable, on pourra bien sûr utiliser d'autres stratégies d'adaptation. Bien que l'on ait utilisé ici un contrôleur de type proportionnel-intégral, on pourra utiliser d'autres types de contrôle, par exemple proportionnel-intégral- dérivateur, ou autre. Bien que l'on ait filtré indépendamment l'image du couple moyen C,,,,,. et la mesure de couple C,,1et par deux filtres passe-bas indépendants, on pourra également supprimer ces deux filtres pour les remplacer par un unique filtre passe-bas disposé en aval du comparateur pour filtrer l'erreur e. Enfin, bien que l'ont ait indiqué que, pour déterminer la correction de la consigne de position, l'on utilise la consigne de freinage F qui contient la correction d'antiblocage et dont on extrait les composantes de basse fréquence par un filtre passe-bas, on pourra déterminer cette correction de position autrement, par exemple en utilisant la consigne de freinage basse fréquence prise avant sa correction haute- fréquence par le dispositif de protection antiblocage (la consigne de freinage basse fréquence peut par exemple provenir des pédales du pilote ou de la consigne de décélération lors d'un freinage en mode automatique dit � autobrake �). La consigne nominale X sera elle déterminée en partant d'une entrée qui est la somme de la consigne de freinage basse fréquence à laquelle on ajoute la correction d'antiblocage à haute fréquence. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un frein de véhicule adapté à exercer un effort de freinage en réponse à une consigne d'actionnement, dans lequel : - à partir d'une consigne de freinage (F), on détermine une consigne nominale d'actionnement (X) de l'actionneur du frein tenant compte de toutes les composantes de la consigne de freinage ; - à partir de cette même consigne de freinage (F), et d'une mesure du couple (C,,,,,,) développé par le frein, on détermine une correction (xa,ä) de la consigne nominale d'actionnement, la correction ne tenant compte que des évolutions de basse fréquence de la consigne de freinage; la correction étant adaptée pour tenir compte de conditions de fonctionnement actuelles ou à venir au moins dudit frein ou des freins soumis à la même consigne de freinage ; - on ajoute la correction à la consigne nominale. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour déterminer la correction, on construit une image du couple moyen (C,,,0}.) appliqué par le frein à partir de la consigne de freinage ri"), et on compare ce couple moyen à la mesure du couple (Cm,). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'adaptation de la correction est effectuée en faisant varier l'estimation du couple moyen (C,,,,,,,) pour une même consigne de freinage (F). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le couple moyen (C,,,,,,) est estimé à partir de la consigne de freinage (F) en multipliant celle-ci par un gain (Kl) de valeur réglable. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendications précédentes, comportant: une entrée pour recevoir une consigne defreinage (-F.); - une entrée pour recevoir une mesure du couple ( C/77) généré par le frein; - des moyens de calcul, à partir de la consigne de freinage (F), d'une consigne nominale d'actionnement (X) de l'actionneur du frein ; - des moyens de calcul, à partir de la consigne de freinage (F) et de la mesure du couple (C,,,), d'une correction (xä) de la consigne nominale d'actionnement ne tenant compte que des évolutions de basse fréquence de la consigne de freinage, les moyens de calcul de la correction tenant compte de conditions de fonctionnement au moins du frein, ou des freins recevant la même consigne de freinage ; - une sortie fournissant une somme de la consigne d'actionnement et de la correction de la consigne d'actionnement.