Brevet FR2951997A1 — publié le 20110506

"Procédé de régulation des vitesses des roues motrices d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, utilisant un différentiel à embrayage piloté" L'invention concerne un procédé de régulation des vitesses des roues motrices d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile. Elle porte sur les notions de dynamique véhicule, liaison au sol et systèmes de frein. Le procédé selon la présente invention, met en oeuvre une stratégie de contrôle commande des roues motrices d'un véhicule en utilisant un différentiel de type différentiel à embrayage piloté et ce, dans toutes les situations de vie du véhicule. Même si la présente description s'intéresse plus précisément aux cas des véhicules dits à traction avant (véhicules dont le moteur thermique est disposé à l'avant du véhicule), les considérations qui vont suivre peuvent être transposées à l'identique aux cas des véhicules dits à propulsion (véhicules dont le moteur thermique est disposé à l'arrière du véhicule). On connaît du document US4790404, un procédé de contrôle de vitesse des roues par un différentiel piloté. Dans ce document, il n'y a pas de coopération entre le système de contrôle moteur et le système de contrôle du différentiel piloté les deux systèmes de contrôle agissent indépendamment l'un de l'autre. En conséquence, il n'y a aucune régulation moteur en situation de virage, ce qui provoque une situation de sous virage induite par le moteur car il ne peut y avoir à la fois une régulation du contrôle moteur et une régulation du différentiel piloté. Dans la présente invention, ces deux systèmes de contrôle sont conçus pour qu'ils fonctionnent en coopération l'un avec l'autre en étant capables de traiter toutes les situations de vie du véhicule véhicule en ligne droite, avec adhérence dissymétrique en ligne droite (désigné également par le terme anglo-saxon "musplit"), en virage sur haute adhérence ou en virage sur basse adhérence. On connaît du document FR2645084, un procédé de régulation du patinage des roues motrices utilisant un différentiel piloté dit "différentiel à verrouillage commandé". Dans de ce document, le procédé compare la vitesse moyenne des roues avant avec la moyenne des vitesses des roues arrière puis il détermine si la vitesse maximale des roues avant est supérieure à la vitesse de la roue arrière gauche. On sait, en pratique, que l'utilisation de la vitesse d'une des roues arrière, pour réguler la moyenne des vitesses des roues, est peu précise et ne permet pas le pilotage efficace du différentiel du fait de la géométrie du véhicule. Par géométrie du véhicule, on entend essentiellement la voie et l'empattement du véhicule qui sont les principaux paramètres géométriques qui interviennent dans la répartition des vitesses sur les roues d'un même essieu. Du fait de la géométrie du véhicule, une roue extérieure tourne toujours plus vite que sa roue intérieure même s'il n'y a pas de patinage. Il est donc nécessaire de pouvoir distinguer la différence de vitesses due à la géométrie de celle due au patinage. Dans ce document, le pilotage est basé sur une information de patinage qui, quand elle est détectée, diminue la charge moteur tout en verrouillant le différentiel, et qui lorsqu'aucun patinage n'est détecté, diminue le taux de verrouillage et augmente la charge du moteur. Le procédé selon l'invention permet d'autre part, de contrôler les vitesses des roues via un embrayage sans limitation sur les consignes de vitesses de roue admissibles. Contrairement au procédé de pilotage du document FR 2 645 084, le procédé de régulation selon l'invention permet une régulation précise et efficace pour toutes les situations de vie du véhicule. Aucun de ces documents ne propose une solution robuste d'aide à la motricité pour toutes les situations de vie du véhicule, sans limitation sur les vitesses de roue admissibles et ce, quelle que soit la géométrie du véhicule. A cet effet, la présente invention propose un procédé de régulation des vitesses des roues motrices d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, dont au moins deux roues motrices d'un même pont de train roulant sont reliées au moteur du véhicule par l'intermédiaire d'un différentiel à embrayage commandé qui est piloté en fonction des différences de vitesses entre chacune des roues motrices et les adhérences respectives de ces roues et dans lequel, le procédé commande un premier moyen anti-patinage, de type ASR, pour réguler la vitesse du pont autour d'une consigne de vitesse de pont déterminée, en agissant sur le couple moteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il commande, en parallèle, un deuxième moyen couplé au différentiel pour réguler la vitesse de la roue avant ayant la plus faible adhérence autour d'une consigne déterminée de faible adhérence par un couple déterminé transmis par le différentiel. selon une caractéristique, pour commander le premier moyen, le procédé consiste à mesurer la moyenne des vitesses des roues avant, et à réguler cette mesure autour d'une consigne qui correspond à la moyenne des vitesses des roues arrière à laquelle est ajoutée un premier paramètre de réglage prédéterminé ; le premier moyen délivrant en sortie un couple moteur au train roulant. Selon une autre caractéristique, pour commander le deuxième moyen, le procédé consiste à identifier la roue la plus rapide, et à réguler cette vitesse autour de la moyenne des vitesses des roues avant à laquelle est ajoutée un deuxième paramètre de réglage prédéterminé ; le deuxième moyen délivrant en sortie un couple différentiel au différentiel à embrayage piloté. Selon une autre caractéristique, les paramètres de réglage ne sont pas nécessairement égaux. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - les figures 1 à 3, illustrent schématiquement un véhicule, en vue de dessus, équipé d'un différentiel "libre" dans une situation dite de "musplit" (cas d'adhérence dissymétrique) ; - la figure 4 illustre, par un graphique à deux dimensions, la différence d'adhérence des roues due à la différence de charge sur les roues ; - la figure 5 illustre, par un graphique à deux dimensions, les effets du décalage entre la distribution du couple moteur sur les roues motrices et le potentiel d'adhérence des roues dans une situation de virage ; - la figure 6 illustre, par un graphique à deux dimensions, une situation de vie, en ligne droite, dans laquelle la roue gauche est en basse adhérence sur un sol glacé, et la roue droite est en haute adhérence sur un sol bitumé ; - la figure 7 illustre schématiquement un véhicule, en vue de dessus, équipé d'un différentiel piloté; - la figure 8 illustre schématiquement un véhicule, en vue de dessus, équipé d'un différentiel à embrayage piloté qui est piloté par le procédé de régulation selon l'invention ; et - la figure 9 illustre, par un graphique à deux dimensions, le procédé de régulation selon l'invention. Tel qu'illustré à la figure 1, sur la majeure partie des véhicules de tourisme à traction avant 1 , le couple moteur est réparti de façon égale sur les deux roues AVG, AVD motrices du train avant, ou pont 2, tout en permettant une différence des vitesses coi, co2 des deux roues avant AVG, AVD. L'organe qui permet ceci est un différentiel 3. Quand ce différentiel 3 n'est pas piloté, on le dit libre. Les figures 1 à 3 illustrent, à titre d'exemple, un scénario de demande de motricité de la part du conducteur dans le cas d'une adhérence dissymétrique désigné également par le terme "usplit". Comme illustré plus particulièrement à la figure 2, le véhicule 1 présente une faible adhérence sur son côté gauche G et une haute adhérence sur son côté droit D ; les deux côtés G et D sont séparés par l'axe longitudinal du véhicule représentée fictivement par une ligne en trait interrompu XX'. Le conducteur demande de la motricité et le couple moteur Cmot est réparti de façon égale sur chacune des deux roues avant AVG, AVD. Le côté haute adhérence D répond à la demande moteur entièrement en générant un effort longitudinal de traction à la roue avant droite AVD d'une valeur Fx haute. Le côté basse adhérence G n'a pas le couple de réaction du sol sur la roue avant gauche AVG, désigné également par le terme anglo-saxon "grip", nécessaire pour répondre totalement à la demande moteur Cmot/2. En effet, l'effort de traction que peut donner le sol est Fxbasse inférieure à Fx haute. On dit également dans ce cas que le côté basse adhérence G n'a pas le potentiel de motricité suffisant. Les deux grandeurs Fxbasse et Fx haute ne sous entendent pas forcément une basse adhérence et une haute adhérence au sol. Elles tiennent compte d'une basse adhérence, respectivement haute adhérence, à l'interface entre le pneu et le sol. Ces adhérences tiennent donc compte des deux contributions de l'interface entre la roue et le pneu : - l'adhérence effective au sol (haute adhérence, moyenne adhérence, basse adhérence) ; et - la charge à la roue, c'est-à-dire le poids d'une roue sur le sol. La charge à la roue est directement liée à l'accélération latérale du véhicule. Par exemple, une roue intérieure, dans un virage, voit moins de charge que la roue extérieure du fait du transfert de charge dû à l'accélération latérale. La roue intérieure est dite "déchargée" et la roue extérieure est dite "chargée". coi, co2, co3, et co4 représentent respectivement les vitesses de rotation des roues AVG, AVD, ARG et ARD. Ainsi, dans l'exemple considéré, et en référence à la figures 3, si on considère un véhicule en situation de virage à une accélération latérale yt, la roue intérieure (AVG ici) est déchargée et la roue extérieure (AVD ici) est chargée. En conséquence, suivant la terminologie adoptée dans la présente description, on dira que la roue intérieure AVG a perdu de l'adhérence et sera nommée "roue basse adhérence" alors que la roue extérieure AVD qui a pris de l'adhérence, sera nommée "roue haute adhérence". Ces différences d'adhérence sont principalement dues aux courbes d'effort transversal différentes en fonction de la charge verticale s'exerçant sur la roue. En première approche, plus une roue est chargée, plus elle a de l'adhérence. On utilisera également le terme de "potentiel" pour définir le potentiel d'adhérence d'une roue ce potentiel pouvant être négatif "-" (potentiel insuffisant pour assurer la motricité) ou positif"+" (potentiel suffisant pour assurer la motricité). La figure 4 illustre ce potentiel d'adhérence par un graphique à deux dimensions dans lequel l'axe des abscisses représente la dérive du pneumatique, c'est-à-dire sa déformation transversale par rapport à une verticale passant par le plan de la roue, exprimé en degrés [deg], et l'axe des ordonnées représente l'effort transversal exprimé en Newton [N]. Sur ce graphique, on voit que la courbe "roue chargée = haute adhérence" 41 est située au dessus de la courbe "roue déchargée = basse adhérence" 42. Cette différence 0, due à la différence de charge, s'apparente bien à la différence d'adhérence entre les deux roues avant AVG, AVD. On peut alors dresser le constat suivant : le différentiel 3 distribue de façon égale le couple moteur Cmot sur la roue avant gauche AVG et la roue avant droite AVD alors que l'adhérence, quant à elle, peut être différente entre la roue avant gauche AVG et la roue avant droite AVD. Le différentiel 3 peut donc transmettre un couple sur une roue basse adhérence alors qu'elle n'a plus le potentiel d'adhérence pour passer ce couple. La figure 5 illustre, sur un même graphique à deux dimensions, les effets du décalage 0 entre la distribution de couple et un potentiel différent entre la roue avant gauche AVG et la roue avant droite AVD, dans une situation de virage. Dans la partie haute du graphique, on a représenté par la courbe 51, le profil du couple moteur total et par la courbe 52, le profil du couple réparti de façon égale sur les roues avant gauche AVG et avant droite AVD dans le temps. Le couple moteur que reçoit la roue intérieure (donc la roue dite basse adhérence AVG) ne peut plus se transmettre au sol. Comme le montre la partie basse du graphique, on constate bien que la vitesse de la roue intérieure AVG augmente (courbe 53), ce qui a pour effet d'écarter le véhicule de sa trajectoire "normale" et donc d'amener le véhicule en sous virage. En revanche, il est important de noter, que la roue extérieure (dite haute adhérence AVD) n'augmente pas en accélération (courbe 54), cela signifie que le couple moteur Cmot se transmet bien au sol. Comme mentionné précédemment et illustré à la figure 5, on comprend que le terme "adhérence" qui vient d'être utilisé, se rapporte à un mélange d'adhérence effective et d'adhérence due à la charge à la roue. La figure 6 illustre une situation de vie dans laquelle le véhicule roule en ligne droite. Dans cette situation, la roue gauche AVG est en basse adhérence sur un sol glacé, et la roue droite AVD est en haute adhérence sur un sol bitumé. Les charges sont donc également distribuées sur les roues avant gauche AVG et avant droite AVD. Comme dans le cas précédent et bien que la situation soit différente, les effets sont "fonctionnellement" identiques car la roue basse adhérence AVG part en accélération (courbe 63) tandis que la roue haute adhérence AVD peut passer le couple (courbe 64). Les courbes 53, 54 sont à rapprocher respectivement des courbes 63, 64. Le problème que se propose de résoudre la présente 35 invention est bien le décalage 0 entre une distribution gauche/droite égale du couple moteur Cmot (donc de moitié) et les potentiels d'adhérence de la roue gauche AVG et de la roue droite AVD qui ne sont pas nécessairement égaux suivant les situations de vie (conditions de roulage) comme décrit ci-dessus. On rappelle que la présente invention permet une aide à la motricité du véhicule par un contrôle approprié d'un différentiel à embrayage piloté sans distinguer les situations de roulage en courbe ou en ligne droite et quelle que soit la géométrie (voie et empattement) du véhicule. L'invention se base sur le constat selon lequel l'adhérence est une grandeur fonctionnelle. Par grandeur fonctionnelle, on entend une grandeur qui prend en compte l'adhérence réelle au sol et l'adhérence due à la charge à la roue. Cela signifie qu'une roue intérieure dans un virage, peut se trouver dans une situation "d'adhérence fonctionnelle" inférieure à un véhicule en ligne droite sur un sol de basse adhérence du fait de sa charge qui peut être largement diminuée. Le cas extrême serait une roue "levée" (en contact limite avec le sol) qui aura moins "d'adhérence fonctionnelle" qu'une roue suffisamment chargée sur la neige. Il est courant, dans les problématiques de motricité, pour traiter la différence d'adhérence entre roue avant gauche AVG et roue avant droite AVD, de freiner la roue qui a le moins de "grip" afin de compenser ce manque d'adhérence : c'est le système appelé BASR, acronyme anglo-saxon pour "Brake Acceleration Slip Regulation" d'un ESP, qui est un système de régulation anti-patinage agissant sur le système de freinage du véhicule. En situation de "usplit", le système BASR collabore simultanément avec un système ASR, acronyme anglo-saxon pour "Anti-Slip Regulation" qui est un système de régulation anti-patinage agissant sur le couple moteur. Le système ASR compare la mesure de la moyenne des vitesses des roues avant par rapport à la moyenne des vitesses des roues arrières, et le sytsème BASR compare la mesure d'une des deux vitesses des roues motrices (la plus élevée) par rapport à la vitesse de pont, c'est-à-dire la moyenne des vitesses des roues avant. Dans la situation dite de "musplit" bien spécifique, le couple moteur est régulé par la système ASR, de manière d'une part, à ce que le couple moteur rejoigne le couple moteur demandé par le conducteur et, d'autre part, et en même temps, que la pression de freinage exercée sur roue basse adhérence, compense le manque d'adhérence de la roue concernée afin que la vitesse de la roue basse adhérence soit maintenue en deçà d'une vitesse maximale déterminée autorisée. Le but de l'invention exposée en détail ci-après, est de proposer un procédé de régulation des vitesses des roues motrices dans toutes les situations de vie du véhicule, et pas seulement dans une situation de "musplit", à l'aide d'un pilotage approprié du différentiel à embrayage piloté disposé entre les deux roues motrices. Le recours à cet organe, par rapport aux organes du système de freinage du véhicule, présente des avantages en termes de performances et d'agrément par rapport aux systèmes de régulation de type BASR/ASR d'un ESP classique. Le fonctionnement d'un différentiel à embrayage piloté est rappelé ci-dessous en référence à la figure 7. Un différentiel à embrayage piloté 30 est disposé entre les deux roues motrices AVG, AVD du pont avant 20 d'un véhicule automobile 10. Il se comporte comme un embrayage qui se pilote en couple (ce couple est aussi désigné par couple d'embrayage du différentiel piloté). Le couple maximal admissible du différentiel est la valeur maximale du couple que supporte le différentiel avant que les deux vitesses roues gauche et droite AVG, AVD "glissent", c'est-à-dire avant que les deux vitesses deviennent progressivement différentes l'une par rapport à l'autre. Ainsi, par exemple, si on demande 0 Nm au différentiel 30, il se comporte alors comme un différentiel classique 3, dit libre, équipant des véhicules de tourisme courants (voir figures 1 à 3). Si on demande un couple de 1000 Nm au différentiel 30, et que le couple maximal admissible du différentiel est 1000 Nm, l'embrayage du différentiel 30 est verrouillé (fermé) jusqu'à ce qu'éventuellement la différence des couples CG, CD des roues avant gauche et droite AVG, AVD soit supérieure à 1000 Nm provoquant alors un glissement de l'embrayage du différentiel 30. Alors que dans le cas d'un différentiel libre 3, il y a égalité des couples de transmission gauche et droite, ce qui s'exprime par l'équation suivante Cg =Cd =Cpont/2 un différentiel à embrayage piloté 30, permet, quant à lui, de transférer "a posteriori", du couple d'une roue à 25 l'autre. Le "a posteriori" est important car il permet de distinguer le type de différentiel à embrayage piloté 30 du type de différentiel, dit "à transfert de couple actif" (ou torque vectoring, en terminologie anglo- 30 saxonne) qui lui pilote "en temps réel", une différence de couple sur les roues gauche/droite AVG/AVD. Dans la présente invention, et tel qu'illustré à la figure 8, un différentiel de type à embrayage piloté 31 est disposé entre les deux roues motrice AVG, AVD d'un 35 pont avant 21 d'un véhicule 11 et le procédé selon l'invention permet d'adapter la valeur maximale de couple admissible sur les roues gauche/droite AVG/AVD du véhicule 11. Le transfert de couple d'une roue à l'autre "a posteriori" doit se comprendre en ce que pour réguler le couple maximal admissible, il faut bien mettre en oeuvre une boucle de régulation qui par définition ajoute un temps dans le processus de pilotage qui s'effectue en boucle fermée. Le procédé commande un premier moyen 12, de type ASR, couplé au moteur thermique MOTH 16, pour le contrôle de la moyenne des vitesses des roues avant AVG, AVD coi, co2. Le premier moyen 12 ASR reçoit en entrée la mesure de cette moyenne (col+ c2)/2 et régule 13 cette mesure autour d'une consigne qui correspond à la moyenne des vitesses des roues arrière ARG, ARD à laquelle est ajoutée un paramètre de réglage prédéterminé dv représentatif de la quantité de glissement que le moteur devra réguler : (co3+ c4)/2+dv. Il délivre en sortie un couple moteur Cmot. Le procédé commande un deuxième moyen 14 DPASR couplé au différentiel 31 pour le contrôle de la roue identifiée comme étant la plus rapide (col ou co2). Le deuxième moyen 14 DPASR reçoit en entrée la vitesse de la roue motrice la plus rapide, col ou co2, et régule 15 cette vitesse autour d'une consigne qui correspond à la moyenne des vitesses, col ou co2, des roues avant AVG, AVD à laquelle est ajoutée un paramètre de réglage prédéterminé dv' représentatif de la quantité de glissement que le différentiel devra réguler : (col+ c2)/2+dv' (dv' étant un paramètre de réglage prédéterminé, pas forcément égal au paramètre dv du premier moyen 12 ASR) et délivre en sortie un couple différentiel Cdp. La figure 9 illustre, par une représentation graphique à deux dimensions, l'évolution des différents couples et vitesses mis en jeu par le procédé de régulation selon l'invention sur le véhicule 11 de la figure 8. Dans une première étape du procédé, le procédé commande le couple moteur Cmot délivré par le premier moyen ASR 12(courbe 92) suite à la demande de couple moteur conducteur (courbe 91) pour réguler la vitesse du pont 21 (courbe 93) autour d'une référence (ou consigne) de vitesse pont (courbe 94). Autrement dit, le couple moteur Cmot délivré par le premier moyen ASR 12 permet à la vitesse du pont 21 de vitesse pont. Dans cette première l'invention exploite, à régulation ASR classique. En parallèle de la deuxième étape, le procédé "rejoindre" la consigne de étape, le procédé selon ce stade, le système de première étape, dans une selon l'invention régule en outre, la vitesse de la roue basse adhérence (courbe 95) autour d'une référence ou consigne basse adhérence (courbe 96), non pas par une pression de freinage, mais par le couple Cdp appliqué par le différentiel à embrayage piloté (courbe 97). Autrement dit, le couple Cdp transmis par le différentiel à embrayage piloté 31 permet à la roue basse adhérence de "rejoindre" sa consigne basse adhérence. Un des avantages immédiat que l'on obtient en utilisant un différentiel piloté, par rapport à des organes de freinage, est l'agrément : en effet, dans le cas de l'application d'une pression de freinage, on entend le bruit de pompe et les régulations de pression sont plus ou moins bruyantes. Avec le différentiel à embrayage piloté, on n'utilise pas le frein et le différentiel est silencieux car c'est un embrayage ; cela procure donc un confort d'utilisation et rend les situations de vie complètement transparentes pour le conducteur. Outre les aspects agréments, on obtient également plus de performance en terme d'accélération c'est-à-dire de motricité. En effet, grâce au procédé selon l'invention, on constate qu'on obtient plus d'accélération tout en disposant de moins de couple moteur : cela provient du fait que, comme énoncé précédemment, le différentiel à embrayage piloté transmet du couple sur la roue haute adhérence. On peut donc avoir un couple moteur plus faible mais un couple sur la roue haute adhérence plus important d'où un gain en performance dynamique du véhicule. L'invention peut être mise en oeuvre en utilisant un organe de différentiel à embrayage piloté, associé à son calculateur électronique, ainsi qu'avec un calculateur de groupe motopropulseur (permettant le contrôle du couple moteur), ainsi que la mesure de l'angle volant 0v et des quatre vitesses roue. L'angle volant est nécessaire pour corriger les effets dus à la géométrie du véhicule (empattement et voie) mais n'est pas un paramètre fondamental pour la régulation. Si l'angle volant n'est pas disponible, les seuils de glissement qui vont déclencher la régulation du procédé selon l'invention devront être écartés (typiquement 5km/h lorsque l'on roule à 10km/h) ce qui limite la performance dans les faibles vitesses uniquement, mais rend l'application de l'invention encore possible.30 REVENDICATIONS1. Procédé de régulation des vitesses des roues motrices (AVG, AVD) d'un véhicule (11), notamment d'un véhicule automobile, dont au moins deux roues motrices d'un même pont de train roulant (31) sont reliées au moteur (16) du véhicule (11) par l'intermédiaire d'un différentiel à embrayage commandé (31) qui est piloté en fonction des différences de vitesses entre chacune des roues motrices (AVD, AVG) et les adhérences respectives de ces roues et dans lequel, le procédé commande un premier moyen anti-patinage, de type ASR, (12) pour réguler la vitesse du pont (31) autour d'une consigne de vitesse de pont déterminée, en agissant sur le couple moteur (Cmot), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il commande, en parallèle, un deuxième moyen (14) couplé au différentiel (31) pour réguler la vitesse (coi ou co2) de la roue avant (AVG, AVD) ayant la plus faible adhérence autour d'une consigne déterminée de faible adhérence par un couple déterminé (Cdp) transmis par le différentiel (31). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour commander le premier moyen (12), le procédé consiste à mesurer la moyenne des vitesses (col, co2) des roues avant (AVG, AVD), et à réguler (13) cette mesure autour d'une consigne qui correspond à la moyenne des vitesses (co3, co4) des roues arrière (ARG, ARD) à laquelle est ajoutée un premier paramètre de réglage prédéterminé (dv) ; le premier moyen (12) délivrant en sortie un couple moteur (Cmot) au train roulant (31). 3. Procédé selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce, que pour commander le 35 deuxième moyen (14), le procédé consiste à identifier laroue (AVG ou AVD) la plus rapide (col ou w2), et à réguler (15) cette vitesse autour de la moyenne des vitesses (o1,o2) des roues avant (AVG, AVD) à laquelle est ajoutée un deuxième paramètre de réglage prédéterminé (dv'); le deuxième moyen (14) délivrant en sortie un couple différentiel (Cdp) au différentiel à embrayage piloté (31). 4. Procédé de selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les paramètres de réglage (dv et 10 dv') ne sont pas nécessairement égaux.