Brevet FR2947899A1 — publié le 20110114

Procédé de détection de pente et de devers, et d'estimation de leur signe La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de détection de la pente et/ou du devers d'une route à partir d'un véhicule en déplacement sur cette route, en particulier un véhicule automobile. Un tel procédé est bien connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le document EP0689116. Le procédé décrit dans ce document consiste à estimer les angles de pente et de devers d'un véhicule en comparant, pendant le déplacement du véhicule, les accélérations io longitudinales et transversales du véhicule, mesurées au moyen d'un capteur approprié, à des valeurs d'accélération estimées, par exemple par dérivation de la vitesse de rotation des roues arrières, pour ce qui concerne l'accélération longitudinale. On connaît encore du document US6195606, une méthode d'estimation 15 de l'angle de devers consistant à estimer dans un premier temps la vitesse latérale du véhicule, au moyen d'un modèle observateur. Puis, en exploitant des mesures d'accélération latérale et de vitesse de lacet, la contribution du devers sur le signal mesuré d'accélération latérale est isolée. II est alors possible d'estimer l'angle de devers. 20 Un inconvénient des méthodes décrites précédemment est qu'elles nécessitent de disposer de capteurs, aptes à mesurer les accélérations longitudinales et transversales du véhicule. De tels capteurs ont un coût élevé. Elles requièrent en outre l'utilisation de modèles de véhicule (ou d'une partie du véhicule), ce qui est source d'erreur et de dérive (usure des éléments, 25 variations paramétriques, dispersion, etc.) Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de prévoir un procédé de détection de pente et/ou de devers exempt de l'un au moins des inconvénients précédemment évoqués. Dans le but de résoudre ce problème, le procédé de l'invention, par 30 ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à détecter la pente, respectivement le devers, sur la base d'une estimation du signe de l'angle de pente, respectivement de l'angle de devers, obtenue en exploitant en tant que données d'entrée, au moins des premières mesures représentatives des efforts exercés par la route sur chaque roue du véhicule, respectivement selon au moins leurs axes longitudinal et transversal, des deuxièmes mesures représentatives de l'angle de braquage des roues du véhicule et des troisièmes mesures représentatives d'informations de vitesse relatives au véhicule, ladite estimation étant obtenue à la fréquence d'échantillonnage à laquelle lesdites premières, deuxièmes et troisièmes mesures sont fournies. io Grâce à cet agencement, le procédé de l'invention permet de s'affranchir de la présence de capteurs d'accélération longitudinale et/ou transversale, pour la détection de pente et/ou de devers, contrairement à la plupart des méthodes décrites dans l'état de la technique, ce qui présente un avantage certain en terme de coût. 15 En outre, en détectant la présence de pente, respectivement de devers, par l'estimation du signe de l'angle de pente, respectivement de devers, le procédé de l'invention permet de fournir une simple information discrète, du type � pente/devers positif � ou � pente/devers négatif � ou � pas de pente/devers �, qui est très facilement exploitable et susceptible de s'avérer 20 utile à certaines stratégies d'aide à la conduite, par exemple les stratégies d'aide au démarrage en côte. Lesdites troisièmes mesures peuvent comprendre des mesures de la vitesse longitudinale du véhicule et de la vitesse de lacet du véhicule. Selon une variante, lesdites troisièmes mesures comprennent des 25 mesures de la vitesse de rotation de chacune de deux roues gauche et droite non motrices d'un même train de roue. Avantageusement, lesdites troisièmes mesures représentatives d'informations de vitesse relatives au véhicule sont exploitées pour estimer les valeurs des accélérations longitudinale et transversale du véhicule, lesdites 30 valeurs estimées d'accélération longitudinale et transversale du véhicule étant utilisées respectivement dans l'estimation du signe de l'angle de pente et dans l'estimation du signe de l'angle de devers. Selon un mode de réalisation, l'estimation du signe de l'angle de pente consiste à effectuer la différence entre un premier paramètre dont la valeur est fonction de ladite valeur estimée de l'accélération longitudinale et un second paramètre dont la valeur est fonction desdites premières et deuxièmes mesures, de la masse du véhicule et de la force aérodynamique qui s'exerce sur le véhicule, le signe de l'angle de pente étant donné par le signe de ladite différence. De préférence, l'estimation du signe de l'angle de pente résulte d'un seuillage, de sorte que : - si la valeur de ladite différence est supérieure à une première valeur de seuil positive, le signe de l'angle de pente est estimé comme positif ; - si la valeur de ladite différence est inférieure à une seconde valeur de seuil négative, le signe de l'angle de pente est estimé comme négatif ; - sinon, la pente est estimée comme nulle. Selon un mode de réalisation, l'estimation du signe de l'angle de devers consiste à effectuer la différence entre un premier paramètre dont la valeur est fonction desdites premières et deuxièmes mesures et de la masse du véhicule et un second paramètre dont la valeur est fonction de ladite valeur estimée de l'accélération transversale, le signe de l'angle de pente étant donné par le signe de ladite différence. De préférence, l'estimation du signe de l'angle de devers résulte d'un seuillage, de sorte que : - si la valeur de ladite différence est supérieure à une première valeur de seuil positive, le signe de l'angle de devers est estimé comme positif ; - si la valeur de ladite différence est inférieure à une seconde valeur de seuil négative, le signe de l'angle de devers est estimé comme négatif ; - sinon, le devers est estimé comme nul. De préférence, les valeurs d'accélération longitudinale et transversale sont estimées à partir desdites troisièmes mesures si et seulement si une condition préalable est vérifiée, selon laquelle la variation d'angle de braquage des roues avant du véhicule est inférieure à une valeur de seuil prédéfinie. Avantageusement, une détection des phases de freinage du véhicule peut être mise en oeuvre par observation du signe de l'effort exercé par la route sur les roues non motrices d'un même train de roue, selon leur axe longitudinal, de sorte que lorsqu'une phase de freinage est détectée, l'estimation du signe des angles de pente et/ou de devers est maintenue pendant toute la durée de la phase de freinage à l'estimation obtenue précédemment à la phase de freinage. L'invention concerne également un dispositif de détection de la pente et/ou du devers d'une route à partir d'un véhicule en déplacement sur ladite route, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure de l'effort exercé par la route sur chaque roue du véhicule selon au moins leurs axes longitudinal et transversal, des deuxièmes moyens de mesure de l'angle de braquage des roues du véhicule, des troisièmes moyens de mesure d'informations de vitesse relatives au véhicule et des moyens de calcul adaptés à estimer le signe de l'angle de pente, respectivement de l'angle de devers, au moins en fonction des données fournies par les premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de mesure, à la fréquence d'échantillonnage à laquelle les données sont fournies. L'invention concerne encore un véhicule automobile comprenant un dispositif de détection selon l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant un dispositif de détection de pente et/ou de devers conforme à la présente invention; - les Figures 2 et 3 illustrent une représentation du repère absolue Ro et du repère solidaire au véhicule R par rapport au plan de la route, défini par les angles de pente Op et de devers yd, respectivement dans un plan défini par les directions longitudinales et verticales et dans un plan défini par les directions transversales et verticales. La Figure 1 illustre un dispositif de détection de pente et/ou de devers d'une route. Un tel dispositif est destiné à être mis en oeuvre dans un véhicule automobile 50 se déplaçant sur une route 60, dont le plan présente une pente et un devers définis respectivement par un angle de pente O et un angle de devers yd, comme illustré aux figures 2 et 3. Le dispositif de détection comprend des premiers moyens de mesure 10 adaptés à mesurer l'effort exercé par la route sur chaque roue du véhicule au io moins selon leurs axes longitudinal et transversal. Ces données peuvent être obtenues au moyen de capteurs d'efforts, par exemple du type de ceux décrits dans la demande de brevet FR2812355, qui permettent de mesurer les efforts au contact pneu-sol respectivement dans les trois directions longitudinal, transversal et vertical, pour chacune des roues du véhicule. 15 On utilisera dans la suite de la description des indices i et j, permettant d'identifier les roues avant/arrière en ce qui concerne le premier indice de roue i, et les roues gauche/droite, en ce qui concerne le second indice de roue j (i=1 : avant ; i=2 : arrière ; j=1 : gauche ; j=2 : droite). Par exemple la combinaison d'indices de roue 1, 1 permet d'identifier la roue avant gauche et 20 la combinaison 2, 2 permet d'identifier la roue arrière droite. Les premiers moyens de mesure 10 fournissent ainsi des données Fx;i, Fy1 et FZ;i, correspondant respectivement à la force longitudinale à la roue i, j (c'est-à-dire la projection de la réaction du sol sur la roue, considérée selon l'axe longitudinal de la roue), à la force transversale à la roue i, j (c'est-à-dire la 25 projection de la réaction du sol sur la roue, considérée selon l'axe transversal de la roue), et à la force verticale à la roue i, j (c'est-à-dire la projection de la réaction du sol sur la roue, considérée selon l'axe vertical de la roue). Le dispositif de détection selon l'invention comprend également des deuxièmes moyens de mesure 20, adaptés à mesurer l'angle de braquage b;i 30 de chaque roue du véhicule. L'angle de braquage des roues avant du véhicule peut par exemple être estimé à partir de la mesure de l'angle du volant ou à partir de capteurs d'angle de braquage des roues avant. Pour la mesure de l'angle de braquage des roues arrière, dans le cas où les roues arrière sont aptes à braquer, un capteur d'angle de braquage des roues arrière pourra être utilisé à cet effet. Le dispositif de détection selon l'invention comprend encore des troisièmes moyens de mesure 30, adaptés à fournir des informations de vitesse relatives au véhicule, parmi lesquelles la vitesse longitudinale du véhicule VX et la vitesse de lacet du véhicule, selon un mode de réalisation et les vitesses io de rotation u4 de chacune des roues du véhicule, selon un autre mode de réalisation, comme on le verra plus en détail par la suite. Pour ce faire, les troisièmes moyens de mesure 30 comprennent par exemple des capteurs adaptés à mesurer ces informations. La détection d'une pente et/ou d'un devers résulte selon l'invention d'une 15 estimation du signe de l'angle de pente, respectivement de devers, obtenue en exploitant en tant que données d'entrée, les données fournies par les premiers moyens de mesure 10, représentatives des efforts exercée par la route sur chaque roue du véhicule, respectivement selon au moins leurs axes longitudinal et transversal, les données fournies par les deuxièmes moyens de 20 mesure 20, représentatives de l'angle de braquage des roues du véhicule et les données fournies par les troisièmes moyens de mesure 30, représentatives des informations de vitesse relatives au véhicule, à savoir, selon le mode de réalisation, la vitesse longitudinale et la vitesse de lacet du véhicule ou les vitesses de rotation des roues du véhicule. 25 Cette estimation du signe de l'angle de pente et/ou de l'angle de dévers est mise en oeuvre en permanence dès lors que les données de mesure sont disponibles, à la fréquence d'échantillonnage à laquelle les données de mesure issues des premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de mesures sont fournies. 30 Pour ce faire, les premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de mesures sont reliés à des moyens de calcul 40, adaptés à mettre en oeuvre un algorithme d'estimation du signe de l'angle de pente et/ou de devers, sur la base des données explicitées plus haut, comme il va maintenant être expliqué plus en détail. Cette estimation, repose sur l'application du principe fondamental de la 5 dynamique au véhicule. Ainsi, considérons les équations qui définissent l'équilibre des forces au centre de gravité du véhicule 50, selon les trois directions X, Y et Z du repère solidaire au véhicule R, tel qu'illustré aux figures 2 et 3. Le poids du véhicule s'écrit dans son repère R : Mgsin9p 10 PR = ùMgcos9psinyd ù Mg cos 9p sin yd 0 sachant que le poids s'écrit dans le repère absolu RO : PR() = 0 ùMg En outre, sachant que les efforts exercés par la route dans les trois directions, sur chacune des roues du véhicule, sont mesurés directement au pied des roues, il faut rapporter ces efforts au repère R solidaire au véhicule, 15 en tenant compte de l'angle de braquage ô ii, de la manière suivante : FX cos8u ù F,,sin 8;u FX sin 8u + F. cos 8u FZ Où les indices i et j définissent la roue considérée, de la manière déjà expliqué plus haut. En appliquant la relation fondamentale de la dynamique au véhicule, dans 20 le repère R solidaire de celui-ci, on aboutit aux relations suivantes : Mg sin 9p +FX cos 8;u ùEF,, sin8u +FQero ij ùMgcosOp sin yd +FX sin8y +EFY cos8u ij ùMg cos Op sin rd +EFZ iJ M R Faero Faero (VX) RVX (SZVh > Vx > 0) de réglage). /~ Ainsi, en application de cette relation fondamentale de la dynamique au véhicule, la composante selon l'axe longitudinal nous permet d'obtenir Io l'équation suivante, selon laquelle la somme des forces selon cet axe, c'est-dire la somme du poids du véhicule, des forces exercées par la route sur chaque roue dans cette direction longitudinale et de la force aérodynamique, est égale à la à la masse du véhicule multipliée par l'accélération longitudinale du véhicule aX : 15 Max = Mg sin +E F. cosûFYi sin +Faero (1) De la même façon, la composante de cette relation selon l'axe transversal, nous permet d'obtenir l'équation suivante, selon laquelle la somme des forces selon cet axe, c'est-dire la somme du poids du véhicule et des forces exercées par la route sur chaque roue dans cette direction transversale 20 est égale à la à la masse du véhicule multipliée par l'accélération transversale du véhicule ay : Ma,, = ùMgcos8 sinyd +EFF sin 8;j +Ecos. (2) ij En définissant les variables suivantes : K, = 1 FX cos 8ij E F, sin 8y + Faero et g 'j ij 1( 25 K2 =ù Fx sin8u +EF,. cos 8,j g\ ij Dans la somme des forces selon l'axe longitudinal, on tient compte en outre de la force Faero, correspondant à la résistance aérodynamique du véhicule (dont on suppose qu'elle ne dépend que de la vitesse longitudinale Vx du véhicule) et en supposant que l'accélération au centre de gravité dans la direction verticale est négligeable, avec : aVX(siV.. >Va?) (où a, (3 et Vth sont des paramètres 5 io 15 20 25 On déduit alors des équations précédentes (1) et (2), les relations suivantes : signe de son argument il est possible grâce aux pente et de devers, en observant le signe des seconds membres de ces relations (3). Ceci requiert toutefois d'avoir à disposition des estimations des accélérations longitudinale ax et transversale ay. Notons de plus que la masse du véhicule M, qui intervient dans les relations (3), et qui est susceptible de varier dans des proportions non négligeables en fonction de l'état de charge du véhicule, peut être estimée par tout moyen connu, par exemple grâce un calcul basé sur la mesure d'efforts verticaux à chaque roue, à partir de capteurs d'efforts verticaux. Nous allons à présent détailler, selon deux modes de réalisation, une manière d'obtenir de telles estimations des accélérations longitudinale et verticale, notées respectivement âx et âY, à partir desquelles il est alors possible de déterminer le signe des angles de pente et de devers selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation, on suppose disposer, en tant que données d'entrée représentatives d'informations de vitesse relatives au véhicule, qui sont fournies par les troisièmes moyens de mesure 30 aux moyens de calcul 40, des informations correspondant à la vitesse longitudinale Vx du véhicule et à la vitesse de lacet 4) du véhicule. Les accélérations longitudinale et transversale du véhicule peuvent alors être estimées par les relations suivantes : (4) ay ~Vx•y/ sin O = ax - ' K' g M cos Op sin yd = g + K Du fait que la fonction (contrairement à la fonction cosinus qui est paire), relations (3) de déduire le signe des angles de (3) sinus conserve le Ainsi, pour estimer l'accélération longitudinale du véhicule, on dérive par rapport au temps la vitesse longitudinale Vx fournie par les troisièmes moyens de mesure 30 et, pour obtenir l'accélération transversale du véhicule, on effectue la multiplication de la vitesse longitudinale Vx et de la vitesse de lacet 4) du véhicule fournies par les troisièmes moyens de mesure 30. A partir de ces relations (3) et (4), l'algorithme d'estimation mis en oeuvre par les moyens de calcul 40 est adapté à fournir en sortie des variables Sign(Op) et Sign(yd), représentatives respectivement du signe de l'angle de pente et de devers. Io Ainsi, le signe de la pente est donné par le signe de la différence ax ù M , g dans laquelle intervient un premier paramètre aX , essentiellement fonction de g l'accélération longitudinale estimée du véhicule et un deuxième paramètre essentiellement fonction de la masse du véhicule et de la variable KI, définie plus haut, dont la valeur tient compte des mesures des efforts exercés par la 15 route sur chaque roue du véhicule selon leurs axes longitudinal et transversal, rapportés au repère R du véhicule via l'angle de braquage b;i et de la force aérodynamique qui s'exerce sur le véhicule. On pourrait cependant envisager en variante de négliger l'influence de la force aérodynamique, de sorte que KI s'écrit alors : ( 1 20 Kl ù FX cosôy ùF,, sin8u goï Afin d'éviter des variations trop rapides de l'estimation du signe de la pente, un seuillage est réalisé de la façon suivante: • si aX M > seuil_haut_x, où seuil_haut _x est une valeur de seuil g positive, alors le signe de l'angle de pente Op est positif (Sign(6p)=1 ) • si aX seuil_haut_Y, où seuil haut y est une valeur de seuil g positive, alors le signe de l'angle du devers Yd est positif (Sign(yd)=1 ) • si aX M Le choix d'observer les roues arrière pour ce qui concerne le signe des efforts longitudinaux aux roues, est adapté aux véhicules de type traction. Pour un véhicule de type propulsion, la détection des phases de freinage se fera avantageusement par observation du signe des efforts longitudinaux aux roues du train avant. Autrement dit, la détection des phases de freinage du véhicule consiste à observer le signe de l'effort exercé par la route sur les roues non motrices d'un même train de roue, selon leur axe longitudinal. Le procédé de détection de pente et/ou de devers tel qu'il vient d'être décrit ne s'appuie avantageusement sur aucun modèle de véhicule, ce qui le lo rend robuste aux variations paramétriques du véhicule liées à des phénomènes de dispersion ou d'usure. En outre, le procédé selon l'invention permet de détecter des situations de pente et de devers par estimation de leur signe, en s'appuyant sur des capteurs équipant la quasi-totalité des véhicules actuels, tels que des capteurs 15 d'angle de braquage, des capteurs de vitesse de rotation des roues et sur des capteurs d'efforts au contact pneu-sol, sans qu'il soit nécessaire d'avoir à disposition des accéléromètres longitudinal et transversal. REVENDICATIONS1. Procédé de détection de la pente et/ou du devers d'une route (60) à partir d'un véhicule (50) en déplacement sur ladite route, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter la pente, respectivement le devers, sur la base d'une estimation du signe de l'angle de pente (Sign(Op)), respectivement de l'angle de devers (Sign(yd)), obtenue en exploitant en tant que données d'entrée, au moins des premières mesures (Fx1, Fy ,) représentatives des efforts exercés par la route sur chaque roue du véhicule, respectivement selon au moins leurs axes longitudinal et transversal, des deuxièmes mesures (ô) représentatives de l'angle de braquage des roues du véhicule et des troisièmes mesures (Vx, 4), w;i) représentatives d'informations de vitesse relatives au véhicule, ladite estimation étant obtenue à la fréquence d'échantillonnage à laquelle lesdites premières, deuxièmes et troisièmes mesures sont fournies. 2. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites troisièmes mesures comprennent des mesures de la vitesse longitudinale (Vx) du véhicule et de la vitesse de lacet (4Y) du véhicule. 3. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites troisièmes mesures comprennent des mesures de la vitesse de rotation (w;1) de chacune de deux roues gauche et droite non motrices d'un même train de roue. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites troisièmes mesures représentatives d'informations de vitesse relatives au véhicule sont exploitées pour estimer les valeurs des accélérations longitudinale et transversale du véhicule, lesdites valeurs estimées d'accélération longitudinale et transversale du véhicule étant utilisées respectivement dans l'estimation du signe de l'angle de pente (Sign(Op)) et dans l'estimation du signe de l'angle de devers (Sign(yd)). . Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'estimation du signe de l'angle de pente (Sign(Op)) consiste à effectuer la différence entre un premier paramètre dont la valeur est fonction de ladite valeur estimée de l'accélération longitudinale et un second paramètre dont la valeur est fonction desdites premières et deuxièmes mesures, de la masse du véhicule et de la force aérodynamique qui s'exerce sur le véhicule, le signe de l'angle de pente étant donné par le signe de ladite différence. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'estimation du signe de l'angle de pente résulte d'un seuillage, de sorte que : - si la valeur de ladite différence est supérieure à une première valeur de seuil positive, le signe de l'angle de pente est estimé comme positif ; - si la valeur de ladite différence est inférieure à une seconde valeur de seuil négative, le signe de l'angle de pente est estimé comme négatif ; - sinon, la pente est estimée comme nulle. 10. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'estimation du signe de l'angle de devers (Sign(yd)) consiste à effectuer la différence entre un premier paramètre dont la valeur est fonction desdites premières et deuxièmes mesures et de la masse du véhicule et un second paramètre dont la valeur est fonction de ladite valeur estimée de l'accélération transversale, le signe de l'angle de pente étant donné par le signe de ladite différence. 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'estimation du signe de l'angle de devers résulte d'un seuillage, de sorte que : - si la valeur de ladite différence est supérieure à une première valeur de seuil positive, le signe de l'angle de devers est estimé comme positif ; - si la valeur de ladite différence est inférieure à une seconde valeur de seuil négative, le signe de l'angle de devers est estimé comme négatif ; - sinon, le devers est estimé comme nul.9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les valeurs d'accélération longitudinale et transversale sont estimées à partir desdites troisièmes mesures si et seulement si une condition préalable est vérifiée, selon laquelle la variation d'angle de braquage des roues avant du véhicule est inférieure à une valeur de seuil prédéfinie. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une détection des phases de freinage du véhicule par observation du signe de l'effort exercé par la route sur les roues non motrices d'un même train de roue, selon leur axe longitudinal, de sorte que lorsqu'une phase de freinage est détectée, l'estimation du signe des angles de pente et/ou de devers est maintenue pendant toute la durée de la phase de freinage à l'estimation obtenue précédemment à la phase de freinage. 11. Dispositif de détection de la pente et/ou du devers d'une route à partir d'un véhicule en déplacement sur ladite route, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure (10) de l'effort exercé par la route sur chaque roue du véhicule selon au moins leurs axes longitudinal et transversal, des deuxièmes moyens de mesure (20) de l'angle de braquage des roues du véhicule, des troisièmes moyens de mesure (30) d'informations de vitesse relatives au véhicule et des moyens de calcul (40) adaptés à estimer le signe de l'angle de pente (Sign(Op)), respectivement de l'angle de devers (Sign(yd)), au moins en fonction des données fournies par les premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de mesure, à la fréquence d'échantillonnage à laquelle les données sont fournies. 12. Véhicule automobile (50) comprenant un dispositif de détection selon la revendication 11.