Brevet FR2942440A1 — publié le 20100827

PROCEDE DE CONTROLE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne le contrôle du comportement dynamique d'un véhicule routier, et notamment le contrôle et la correction automatique du sous-virage (CSV) d'un véhicule par rapport à la trajectoire désirée par le conducteur en virage. En effet, lorsque le véhicule s'inscrit dans un virage à une vitesse longitudinale trop élevée compte tenu des limites physiques imposées par l'adhérence entre les pneumatiques et le sol dans le virage, il devient impossible de respecter la courbure de la route et le véhicule commence à sous-virer. On connaît un procédé de contrôle du sous-virage d'un véhicule 15 automobile, comprenant les étapes consistant à : - détecter une situation de sous-virage, - calculer une valeur de décélération de consigne nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage, et - appliquer ladite valeur de consigne à l'aide d'organes du 20 véhicule susceptibles de réduire la vitesse longitudinale du dit véhicule. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document FR 2776786. Toutefois, dans ce document, le procédé ne concerne que des véhicules à deux roues directrices. 25 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution permettant le contrôle du sous-virage d'un véhicule routier à deux ou quatre roues directrices. L'invention a ainsi pour objet un procédé de contrôle du comportement dynamique d'un véhicule automobile, comprenant les 30 étapes consistant à : - détecter une situation de sous-virage par le calcul d'un écart de comportement du véhicule, - calculer une valeur de décélération de consigne nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage. Le procédé selon l'invention comprend en outre les étapes consistant à : - calculer la valeur d'un paramètre de répartition longitudinale de la décélération de consigne entre le train avant et le train arrière du véhicule, - calculer la valeur d'un paramètre de répartition latérale de la décélération de consigne entre les roues gauches et les roues droites du véhicule, en fonction de l'écart de comportement, et - répartir la décélération de consigne sur les roues du véhicule, en fonction de la valeur du paramètre de répartition longitudinale et de 15 la valeur du paramètre de répartition latérale. Le procédé de contrôle selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre comme une sous-fonction d'un système de stabilité programmée (ESP), car elle permet notamment avantageusement de piloter conjointement le moteur et le système de freinage. Il s'inscrit en 20 outre avantageusement dans le cadre d'un contrôle global de châssis (GCC), notamment du fait que les signaux nécessaires au fonctionnement nominal de l'invention sont communs aux autres stratégies du contrôle global de châssis. L'écart de comportement peut être calculé en fonction de la 25 différence entre un angle de braquage maximal et un angle de braquage réel du véhicule. L'angle de braquage réel peut être égal à la valeur absolue de la somme de l'angle de braquage des roues avant et de l'angle de braquage des roues arrière. L'angle de braquage maximal peut correspondre à un comportement du véhicule à la limite de la saturation en accélération transversale. L'angle de braquage maximal peut être estimé à partir de la vitesse longitudinale et de l'accélération latérale du véhicule. L'angle de braquage maximal peut être estimé à partir de la vitesse longitudinale et de la vitesse de lacet du véhicule. La décélération de consigne et/ou les paramètres de répartition longitudinale et latérale peuvent être proportionnels à l'écart de 10 comportement et à son intégrale dans le temps. La répartition de la décélération de consigne peut comprendre une étape consistant à calculer le couple de décélération à fournir sur le train avant et le couple de décélération à fournir sur le train arrière pour décélérer le véhicule de la valeur de décélération de consigne. 15 La répartition de la décélération de consigne peut comprendre une étape de détermination du couple moteur à fournir pour décélérer le véhicule de la valeur de décélération de consigne, à partir du couple désiré par le conducteur et du couple de décélération à fournir sur le train avant. 20 La répartition de la décélération de consigne peut comprendre une étape de détermination de la valeur des couples de freinage à appliquer aux quatre roues du véhicule, en fonction du paramètre de répartition latérale de la décélération de consigne et du sens du virage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 illustre de façon synoptique un mode de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 2 illustre un mode de réalisation d'une étape du procédé, et - la figure 3 illustre une architecture fonctionnelle de l'invention. Dans le contexte de l'invention, on définit les valeurs suivantes : 5 - av : l'angle de braquage des roues avant. Cette valeur, transmise par un signal, peut par exemple être obtenue au moyen d'un capteur de position placé sur la colonne de direction du volant conducteur. - ah : la consigne, ou l'angle, de braquage des roues arrière. 10 Dans le cas d'une voiture à quatre roues directrices, cette consigne peut être fournie par exemple par la stratégie (algorithme) qui gère le braquage des roues arrière. - Vx : l'estimation ou la mesure de la vitesse longitudinale du véhicule. Cette information peut par exemple être calculée dans l'unité 15 de contrôle électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues et de vitesse de lacet du véhicule. - � : l'estimation de l'adhérence au centre de gravité du véhicule. Ce signal peut par exemple être calculé dans l'unité de 20 contrôle électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues et des accélérations longitudinale et latérale du véhicule. - yr : la vitesse de lacet du véhicule (mesurée ou estimée). - 7t : l'accélération transversale du véhicule (mesurée ou 25 estimée). - C., : la valeur du couple moyen effectif fourni par le moteur du véhicule. Cette valeur peut par exemple être calculée par l'unité de contrôle électronique (ECU) injecteur au moyen de différents capteurs. - C., : la valeur du couple moteur requis par le conducteur suite à un enfoncement de la pédale d'accélérateur. Cette valeur peut par exemple être calculée par l'unité de contrôle électronique (ECU) injecteur au moyen de différents capteurs, notamment par un capteur de position placé sur la pédale d'accélérateur. - ii : la valeur de démultiplication du couple moteur entre l'arbre moteur et la sortie du différentiel du train avant. Ce signal peut par exemple être calculé dans l'unité de contrôle électronique (ECU) d'un système de stabilité programmée (ESP), à partir de capteurs de vitesse de rotation des roues, de vitesse de rotation de l'arbre moteur, et d'engagement d'un rapport de boîte. - C,ncsv : la consigne (ou sa valeur) de limitation du couple moteur. - C,csv et Chcsv : la consigne (ou sa valeur) du couple, de la pression, ou des efforts de freinage aux roues avant et aux roues arrière respectivement. Comme illustré sur la figure 1, le procédé selon l'invention comprend une étape de détection d'une situation de sous-virage. Dans un mode de réalisation, on détermine dans un premier 20 temps l'angle de braquage maximal av +ah max correspondant à un comportement du véhicule à la limite de la saturation en accélération transversale (c'est-à-dire lorsque Yt ≤ f 14 = !î. g avec YtM l'accélération transversale maximale) av +ah = max(L V2 +k csv'tis x •�•g (El) 25 De préférence, la valeur de ex est mise à jour en temps réel. Dans l'équation (El) : • L est l'empattement du véhicule, • tis est le taux de surbraquage du véhicule (c'est un coefficient classique caractérisant le comportement statico-dynamique de référence du véhicule), et ktiscsv est un paramètre de réglage, par exemple pour caractériser subjectivement le comportement sous-vireur du véhicule. De préférence, l'équation (El) est calculée à tout instant et le résultat est comparé à l'angle de braquage total réel du véhicule av +ah . L'écart entre l'angle de braquage maximal av +ah max et l'angle de braquage total réel av +ah détermine l'écart de comportement �, du véhicule. On peut ainsi définir l'équation suivante : �, = minMaä +ah L - av +ah ),0) Dans un autre mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à estimer l'angle de braquage maximal du véhicule av+ah esL à partir de la vitesse longitudinale ex et de l'accélération latérale yt du véhicule : 1a 2 +ktscsv s Va i (L h esta yt (Ely) Cette variante présente l'avantage d'être indépendante de l'estimation � de l'adhérence au centre de gravité du véhicule, correspondant à un signal d'adhérence pneu-sol, et dont l'estimation est souvent entachée d'erreur. Dans un autre mode de réalisation, l'estimation de l'angle de braquage maximal du véhicule av+ah ,est réalisée à partir de la vitesse longitudinale ex du véhicule et de la vitesse de lacet y! du véhicule : i L av +ah es = +ktscsv .t .0 (El") i De la même manière que dans la variante précédente, ce mode de réalisation présente l'avantage d'être indépendant du signal d'adhérence pneu-sol � . A partir d'une de ces deux variantes, on peut obtenir l'écart de comportement en sous-virage �csv par la fonction suivante : Ecsv = minMaä +ah esL, - (x, +ah + E ),o) (E 2') où e est un paramètre de réglage positif, pouvant éventuellement dépendre de la vitesse longitudinale et de l'adhérence estimées. On notera que pour un véhicule à deux roues directrices 20 uniquement, il convient pour l'une quelconque des équations précédentes El, El', El", E2 et E2' de déterminer ah =0. Lorsqu'une situation de sous-virage est détectée, le procédé selon l'invention comprend une étape de calcul d'une valeur de décélération de consigne V.xcsv nécessaire pour sortir de la situation de 25 sous-virage. A cet effet, cette valeur de décélération de consigne Vxcsv est calculée à partir de l'écart de comportement en sous-virage �csv calculé selon l'une des équations E2 ou E2' précédente : Vxcsv =kwxcsv' f ecsv(ti)'dti+kAccsvscsv 0 (E3) 0 La décélération Vxcsv demandée au véhicule est proportionnelle à l'écart �csv et à son intégrale. L'effet de l'intégrale est de pouvoir annuler �csv lorsque l'angle de braquage total du véhicule est un échelon (c'est-à-dire lors d'une manoeuvre de mise en virage). Les gains kwxcsv et kpvxcsv permettent d'ajuster la rapidité avec laquelle le véhicule va décélérer, donc l'efficacité et le confort du contrôle. La décélération longitudinale de consigne Vxcsv peut être une fonction linéaire par morceaux croissante de l'erreurEcsv Lorsque la valeur de décélération Vxcsv est calculée, le procédé selon l'invention comprend une étape de calcul de la valeur d'un paramètre rvhcsv de répartition longitudinale de la décélération de consigne. Cette répartition permet de choisir la répartition de la quantité Vxcsv à appliquer entre le train avant (moteur et freins avant) et le train arrière (freins arrière) du véhicule. En effet, lors du sous-virage, le train avant est à la limite de la saturation. Par conséquent, si on choisit de décélérer le véhicule en agissant exclusivement sur les freins arrière, le train arrière risque de saturer et le véhicule risque ainsi un survirage. Pour limiter ce risque, on introduit conformément à l'invention le paramètre variant nccSVE{0;1} représentant la répartition de décélération entre le train avant et le train arrière du véhicule, la décélération étant celle nécessaire pour réduire l'écart �csv sans pour autant 5 saturer le train arrière. Plus la valeur du paramètre rhCSV s'approche de la valeur 0, plus le train arrière est sollicité pour décélérer le véhicule, c'est-à-dire que l'on transfère progressivement la quantité V.xcsv du train avant au train arrière. 10 Le paramètre rhCSV de répartition longitudinale est de préférence proportionnel à l'écart �csV et à son intégrale. La figure 2 illustre une manière de déterminer à tout instant la valeur souhaitée du paramètre de répartition ~hcsV . L'écart de comportement �csv du véhicule est connu. Il est fourni 15 en entrée d'un dispositif de régulation de type proportionnelle et intégrale (PI) par exemple. De préférence, le contrôle de la variation Onccsv du paramètre rvhCSV est exécuté autour de sa valeur nominale rhCSVO • De plus, étant donné que le paramètre nccsv est compris entre 0 et 1, la saturation de 20 Onccsv a lieu entre -ihcsvo et 1û~hcsvo • Le contrôle est donc très simple, et une stratégie de type PI avec anti-saturation peut être suffisante. Sur cette figure, avec une régulation PI, on a : kprvhCSV le gain � intégral �, kl,vhcsv le gain � proportionnel �, et Vxcsv Vxcsv s représente la variable de Laplace utilisée lors d'une transformation de Laplace. On introduit ensuite un paramètre r~ ,sy, permettant de gérer la répartition entre les roues gauches et droites du véhicule. A partir de 5 l'écart de comportement �csv du véhicule, on peut faire varier cette quantité, comprise entre 0 et 1, d'une valeur A r~ csv autour de sa valeur initiale rRL csv o. Par défaut, une valeur de r RL csv o égale à 0.5 permet de n'appliquer dans un premier temps au véhicule qu'une décélération symétrique, ce qui présente l'avantage de redonner du 10 potentiel au train avant, et donc notamment à la roue avant intérieure au virage. Une variation de r~ csv autour de sa valeur initiale aura alors pour effet d'appliquer un freinage asymétrique, et donc un moment de lacet, au véhicule, ce qui permettra de le réinscrire en virage. De la même manière qu'au paragraphe précédent, la loi de 15 variation de r~ csv peut être obtenue simplement au moyen d'une régulation de type PI avec anti-saturation sur l'écart de comportement � csv ArRL csv -kinz,csv' f ecsv(G).ch+kp csv'ecsv 0 avec saturation de cette quantité pour garantir que r csv reste 20 bien compris entre 0 et 1. L'ajout de cette loi de répartition supplémentaire présente l'avantage de : - permettre l'application d'efforts de freinage différents sur chacune des roues du véhicule, en se basant sur un signal unique �csv ; 25 cet écart de comportement �csv , obtenu au moyen d'un modèle quasi- statique du véhicule, est bien adapté à une situation de sous-virage, pour laquelle la dynamique en lacet du véhicule est très lente, - offrir un moyen supplémentaire pour réinscrire le véhicule en virage, comme alternative au fait d'appliquer des efforts de freinage importants au train arrière (ce qui sature ce train et réinscrit le véhicule en virage). La quantité 1RL CSV n'intervient que sur la répartition droite/gauche des efforts de freinage, indépendamment de la contribution apportée par la réduction du couple moteur. Le procédé selon l'invention comprend avantageusement en outre une étape de répartition de la décélération de consigne sur le train avant et sur le train arrière et entre les roues gauches et droites du véhicule en fonction de ladite valeur du paramètre de répartition ~hCSV et du paramètre de répartition r~ , : grâce à cette valeur et à l'équation ([3), on peut traduire la demande de décélération V.xcsV calculée précédemment en consigne de couples de décélération, en l'espèce de limitation de couple moteur et en requêtes de freinage (couples/efforts/pression de freinage). A cet effet, le procédé comprend une étape de calcul des consignes de couples de décélération, c'est-à-dire de limitation du couple moteur, et des consignes de freinage, des roues avant et arrière. On définit ainsi : CWhzvCSv : le couple de décélération à fournir sur le train avant pour décélérer le véhicule de la quantité V.xcsV déterminée, et Cwhthcsv : le couple de décélération à fournir sur le train arrière pour décélérer le véhicule de la quantité Vxcsv déterminée. De préférence, on fait les hypothèses suivantes : * l'angle de braquage des roues avant est petit, * les dynamiques de rotation des roues sont négligées devant celles caractérisant la trajectoire du véhicule, * chaque roue motrice d'un train donné reçoit la moitié du couple provenant de la transmission, * le rayon R de chaque roue et de son pneu correspondant est constant, * les forces aérodynamiques résistantes à l'avancée du véhicule 10 sont négligées. On peut alors écrire l'équation suivante : i={v,h j={r,l xCSV ù Cwhie'SV /R où CwhlijCSV est le couple total agissant au niveau de la roue 'u' (i = {v : avant, h : arrière}; j = {r : droite,/ : gauche}), et m la masse du véhicule. 15 On a donc : CwhlvCSV = CwhlvrCSV + CwhlvlCSV et CwhlhCSV ù CwhlhrCSV + CwhlhlCSV En introduisant la répartition avant/arrière rhCSV / et en distinguant la droite r et la gauche I du véhicule on obtient le système 20 suivant : f CwhlvCSV = rvhCSV . R • m VxCSV CwhlhCSV = (1ù rvhCSV ) . R • in • Vxcsv 0 Ainsi, si nccsv =1 c'est le train avant qui prend totalement en compte la décélération vxcsv, tandis que si ~hCSV =0 c'est le train arrière qui prend en compte la totalité de la quantité vxcsv. . A titre d'exemple, dans le cas d'un véhicule à traction, le couple 5 au niveau du train avant peut se décomposer de la manière suivante : CWhh, = . C. + Cbv ([4) où Cbv est le couple de freinage global du train avant, C. le couple moteur, et ntr le rapport de boîte. 10 Il est souhaitable dans un premier temps de décélérer le train avant, par le couple moteur, de la quantité CWhlvcsv 0 : CmCSV = Cwh1vCSV I tr + Cordes ([5) où Cordes est le couple désiré par le conducteur. On peut donc déterminer la valeur (requête) du couple moteur 15 CmCSV à fournir pour décélérer le véhicule de la quantité Vxcsv déterminée, à partir du couple désiré par le conducteur Cordes et du couple de décélération C,,hzvCSV à fournir sur le train avant. Si le contrôle moteur ne peut pas satisfaire toute la requête mCSV, il est souhaitable de ralentir d'avantage le véhicule en utilisant en 20 outre le système de freinage. On définit ainsi : CbvCSV CbhCSV : le couple de freinage à appliquer au train avant, et : le couple de freinage à appliquer au train arrière. Le procédé selon l'invention comprend alors en outre une étape de détermination de la valeur des couples de freinage Cbvcsv, Cbhcsv à appliquer respectivement au train avant et arrière. A partir de (E4)-(E5), on établit alors : bvCSV = (mCSV ) • ntr (E6) La borne supérieure du signal (E6) est limitée par 0 car seuls des couples de valeur négative sont pris en compte. Au niveau du train arrière, de manière similaire à la démarche menée pour le train avant, on obtient : CbhCSV = CwhlhCSV ≤o ([7) Une fois connues les quantités de couple de freinage Cbvcsv , CbhCSV des trains avant et arrière nécessaires pour décélérer le véhicule de la quantité V.xCSV, on peut alors choisir la répartition droite/gauche des couples de freinage. 1 5 On fait alors intervenir la quantité r CSV, en tenant compte du sens du virage, qui peut être obtenu en considérant le signe de la vitesse de lacet mesurée. Le but est de freiner davantage les roues situées à l'intérieur du virage. Sachant que la quantité r~ CSV varie entre rRL CSV o (qui vaut par exemple 0.5) et 0, on impose alors, pour un 20 virage à gauche : CbvrCSV = rRL CSV •CbvCSV ≤ 0 CbvlcSV = (1- rRL CSV )•CbvcsV Inversement, pour un virage à droite, on impose : CbvICSV = rRL CSV •CbvCSV ≤ 0 CbvrcSV = (1ù rRL csV )•CbvcsV Les organes classiques du véhicule 6 sont reliés directement par une liaison filaire et/ou par le bus CAN 2 aux calculateurs 1 d'un système de stabilité programmée ESP et d'un système antiblocage des roues freinées ABS et délivrent des informations classiques (angle volant, position de la pédale d'accélérateur, etc.). Les organes classiques du véhicule 6 sont également reliés directement par une liaison filaire et/ou par le bus CAN 2 au calculateur d'injection 5. Les calculateurs 1 d'un système de stabilité programmée ESP et d'un système antiblocage des roues freinées ABS sont reliés d'une part au calculateur d'injection 5, et d'autre part aux étriers (actionneurs) de freins des roues avant gauche 3, avant droit 4, arrière gauche 7 et arrière droit 8. Ainsi par exemple une information issue d'un capteur du frein avant gauche 3 peut être délivrée au calculateur d'injection 5 par 25 l'intermédiaire du bus 2. Par ailleurs, lorsque cela est possible vis-à-vis de la définition technique du véhicule 6, le procédé selon l'invention comprend avantageusement une limitation variable des glissements des roues 3,4,7,8 (au sein de l'algorithme du système antiblocage des roues freinées ABS). Ceci permet de tolérer des glissements importants au niveau des roues arrière 7,8, et par conséquent de dégrader l'accélération latérale du train arrière et de favoriser l'inscription en virage du véhicule 6.5 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du comportement dynamique d'un véhicule automobile (6), comprenant les étapes consistant à : - détecter une situation de sous-virage par le calcul d'un écart 5 de comportement (e,v) du véhicule (6), calculer une valeur de décélération de consigne (Vxcsv ) nécessaire pour sortir de la situation de sous-virage, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les étapes consistant à : 10 - calculer la valeur d'un paramètre (i;, ) de répartition longitudinale de la décélération de consigne (Vxsv) entre le train avant et le train arrière du véhicule (6), - calculer la valeur d'un paramètre UR, ,v) de répartition latérale de la décélération de consigne (Vxsv) entre les roues gauches (3,7) et 15 les roues droites (4,8) du véhicule (6), en fonction de l'écart de comportement (8csv ), et - répartir la décélération de consigne (Vxsv) sur les roues (3,4,7,8) du véhicule (6), en fonction de la valeur du paramètre (Nh,sv) de répartition longitudinale et de la valeur du paramètre (,sv) de 20 répartition latérale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart de comportement (g, ) est calculé en fonction de la différence entre un angle de braquage maximal (av +ah max) et un angle de braquage réel (a, +ah) du véhicule (6). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle de braquage réel (a, +ah) est égal à la valeur absolue de la somme de l'angle de braquage des roues avant (3,4) et de l'angle de braquage des roues arrière (7,8). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle de braquage maximal (b v +ah max ) correspond à un comportement du véhicule (6) à la limite de la saturation en accélération transversale. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle de braquage maximal (av +ah max) est estimé à partir de la vitesse longitudinale (ex) et de l'accélération latérale (yt) du véhicule (6). 6. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle de braquage maximal (av +ah max) est estimé à partir de la vitesse longitudinale (ex) et de la vitesse de lacet (y!) du véhicule (6). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la décélération de consigne (Vxcs,) et/ou les paramètres (Nhcsv, NR. csv) de répartition longitudinale et latérale sont proportionnels à l'écart de comportement (Ecsv) et à son intégrale dans le temps. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la répartition de la décélération de consigne (J , ) comprend une étape consistant à calculer le couple de décélération (C,,hzvcsv ) à fournir sur le train avant et le couple de décélération (CWh7hCSV) à fournir sur le train arrière pour décélérer le véhicule (6) de la valeur de décélération de consigne (Vxcsv ). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la répartition de la décélération de consigne (Vxcsv) comprend une étape de détermination du couple moteur (C,ncsF) à fournir pour décélérer le véhicule (6) de la valeur de décélération de consigne ( Vxcsv ), à partir du couple désiré par le conducteur (CmdeS) et du couple de décélération (C,vhzvcsV) à fournir sur le train avant. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la répartition de la décélération de consigne (J , ) comprend une étape de détermination de la valeur des couples de freinage (Cb;Jcsv) à appliquer aux quatre roues (3,4,7,8) du véhicule (6), en fonction du paramètre UR, ,) de répartition latérale de la décélération de consigne (J , ) et du sens du virage.