Brevet FR2961438A1 — publié le 20111223

SYSTEME DE DEPOT DE CHARGES ELECTROSTATIQUES SUR LES PNEUMATIQUES D'UN VEHICULE, EMBARQUE SUR LE VEHICULE, POUR AUGMENTER L'ADHERENCE DES PNEUMATIQUES SUR LA ROUTE ET VEHICULE COMPORTANT UN TEL SYSTEME La présente invention concerne un système de dépôt de charges électrostatiques sur les pneumatiques d'un véhicule, embarqué sur le véhicule, notamment un véhicule automobile, pour augmenter l'adhérence des pneumatiques sur la route. Elle concerne également un véhicule comportant un tel système. La présente invention s'inscrit dans le cadre des systèmes pilotés améliorant la sécurité active (prévention des accidents) des passagers des véhicules. Parmi ces systèmes équipant aujourd'hui de plus en plus de véhicules, on trouve notamment les systèmes de type ABS, ESP, les systèmes de détection de sous-gonflage des pneumatiques, etc. Bien que ces systèmes optimisent la réponse dynamique du véhicule suivant les conditions de roulage du véhicule, ces derniers restent néanmoins tributaires des lois de la physique en ce qui concerne la génération des efforts aux pneumatiques permettant au véhicule de se mouvoir. L'optimisation de l'adhérence liée au potentiel d'efforts des pneumatiques sur la route, est donc une voie de travail à privilégier et pouvant bénéficier à tous les systèmes de liaison au sol. Ces efforts (de dirigeabilité et de freinage/traction) sont liés au premier ordre, aux charges verticales appliquées respectivement aux quatre roues du véhicule et au coefficient d'adhérence entre les pneumatiques et la route. L'augmentation de la charge verticale permet, suivant le modèle simple du frottement de Coulomb, d'augmenter les efforts transversaux et longitudinaux générés par le pneumatique. Pour les véhicules de tourisme et plus particulièrement pour les véhicules de compétition, des ailerons ou spoilers permettent d'augmenter l'appui vertical sur le véhicule à haute vitesse par appui aérodynamique. Pour augmenter l'adhérence entre le pneumatique et la route en fonction des conditions environnementales (usures de la chaussée et des pneumatiques, température, humidité, état de surface, neige, glace, pluie, etc.) on connaît des pneumatiques dont les sculptures sont adaptées pour mieux évacuer l'eau et diminuer les risques d'aqua-planning. La tendresse de la gomme est également adaptée suivants les saisons (monte « neige », etc.). La présente invention exploite avantageusement un phénomène bien qualifié en physique : la génération d'efforts électrostatiques. L'expérience connue la plus simple, mettant en évidence ce phénomène, consiste à frotter un ballon gonflé sur un pull pour lui arracher des charges. Par suite, le ballon pourra être fixé sur un mur ; l'effort électrostatique entre le mur et le ballon lui permettant de maintenir son faible poids. Il est également connu que, les charges auront tendance à s'écouler pour 1 o s'équilibrer et le ballon tombera à terme sous son poids ; l'effort électrostatique s'évanouissant avec le déplacement des charges. Ce phénomène physique est décliné dans plusieurs applications de l'industrie. On connaît, par exemple, des barres de dépôt de charges électrostatiques qui sont utilisées pour coller un film isolant lors de son 15 enroulage pour pouvoir le plaquer parfaitement et avoir une bonne qualité de bobine enroulée. On connaît également, notamment du document US 6 505 506, un procédé et un dispositif embarqué, exploitant la génération d'un gaz ionisé (plasma) pour améliorer la traction d'un véhicule, en ionisant les pneumatiques du 20 véhicule par projection du gaz au voisinage de la surface de roulement du pneumatique. Cette projection est commandée en fonction de conditions de conduite et de situations dangereuses. Cette solution a pour principal inconvénient de nécessiter un matériel pour stocker puis conduire par une buse adaptée, le gaz ionisé jusqu'au 25 pneumatique. Cela nécessite de positionner précisément la buse en face de la surface du pneumatique sans garantie sur la qualité d'ionisation du pneumatique. D'autre part, ce procédé est intrusif dans la mesure où il modifie la structure chimique du pneumatique. On note également que ce procédé modifie 30 mécaniquement l'état de surface du pneu. Ces deux phénomènes ont un caractère irréversible. Ce procédé est par ailleurs relativement intrusif et peut conduire à une usure prématurée du pneumatique. De la même manière, ce procédé nécessite un pneumatique spécial dans le sens ou celui-ci doit intégrer des ilots de matière sensibles à l'ionisation. Par sensible, on entend : 35 susceptible de changer de propriété chimiquement et ou mécaniquement. Un but de l'invention est de générer des forces électrostatiques par des moyens de dépôt de charges électrostatiques sans apport d'agent gazeux aux pneumatiques ; lesdits moyens étant robustes, fiables et facilement industrialisables et adaptables à tout type de pneumatiques. Egalement, la présente invention se base sur le dépôt de charges par une source de haute tension pouvant se passer de l'usage d'un plasma à orienter sur le pneu. Il est par exemple possible de placer une électrode à haute tension à proximité du pneu ou par contact sur un élément roulant (isolé du reste de la transmission) comme cela sera détaillé par la suite. 1 o La présente invention exploite deux phénomènes qui concourent à augmenter les efforts générés par les pneumatiques : - le phénomène de condensateur électrostatique entre le pneumatique et la route qui permet d'augmenter l'attraction (la charge verticale) entre eux (comme le fait un aileron sous effort aérodynamique) et donc d'augmenter 15 les efforts transversaux ou longitudinaux potentiels par voie de conséquence, - la charge électrostatique déposée sur la circonférence du pneumatique qui permet de développer des efforts transversaux ou longitudinaux directement avec les aspérités des sculptures du pneumatique. A cet effet, la présente invention a pour premier objet un système de dépôt 20 de charges électrostatiques embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, pour augmenter l'adhérence des pneumatiques du véhicule sur le sol en cas de détection de conditions de roulage déterminées. Ledit système est du type comportant une source de dépôt de charges électrostatiques commandée, alimentée par une source électrique, et 25 disposée à proximité de chaque pneumatique, ladite source de dépôt de charges électrostatiques étant activée en cas de détection de conditions de roulage déterminées. Le système selon l'invention est caractérisé en ce que la source de dépôt de charges électrostatiques est un générateur de charges électriques alimenté 30 par une source d'alimentation du réseau de bord du véhicule ; ledit générateur de charges étant apte à créer une accumulation de charges sur une partie du pneumatique non encore au contact avec le sol ; l'interface entre le pneumatique et le sol se comportant comme un condensateur électrostatique permettant d'augmenter la charge verticale sur le 35 pneumatique et donc d'augmenter l'adhérence de ce dernier sur le sol. Selon une caractéristique, le générateur de charges est commandé pour maintenir une polarisation du pneumatique, opposée à celle du sol. Selon une autre caractéristique, les pneumatiques équipant les roues des trains avant et arrière du véhicule, sont polarisés en opposé assurant la neutralité des charges entre les deux trains. Selon une autre caractéristique, le système comporte une source d'alimentation électrique additionnelle pour fournir la puissance nécessaire pour entretenir les charges électrostatiques lorsque le générateur de charges a été activé. 1 o Selon une autre caractéristique, la jante de la roue, supportant le pneumatique, est isolée du reste du véhicule par un élément de liaison en matière électriquement isolante. Selon une autre caractéristique, le système comporte des moyens d'activation du générateur de charges, couplé à un calculateur du véhicule, 15 et un dispositif estimant les limites physiques du véhicule à partir de l'un ou l'autre des moyens suivants ainsi que toutes les combinaisons possibles de ces moyens, voire la totalité de ces moyens : - un moyen de correction de trajectoire du véhicule, tels que l'ABS/ASR suite à une détection d'un glissement de roue et/ou l'ESP suite à une détection 20 d'une prise de dérive et/ou de lacet par rapport à une référence ; - un moyen de prévention d'accident de type Radar et/ou Lidar et/ou caméra embarqué détectant une probabilité de choc imminente via l'estimation de la distance inter-véhicule ; - un moyen d'alerte relié à un système de navigation signalant un accident 25 dans un voisinage immédiat ; et - tout autre moyen de liaison au sol ou du groupe motopropulseur permettant de quantifier l'approche d'une limite d'adhérence. Selon une autre caractéristique, au moins un pneumatique est modifié pour offrir une couche isolante proche de la bande de roulement. 30 L'invention a également pour objet, un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un système de dépôt de charges électrostatiques tel que décrit ci-dessus. L'invention apporte notamment les avantages suivants : - amélioration du potentiel d'adhérence d'un véhicule pour améliorer 35 ses prestations en sécurité active sur tout type de condition (neige, pluie, route sèche) et pour toute vitesse véhicule (contrairement à des efforts aérodynamiques) ; et - utilisation de solutions de dépôt de charges électrostatiques déjà existantes dans le commerce pour diverses applications industrielles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement, à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, un schéma simplifié du principe de génération d'effort par dépôt de charges électrostatiques sur un pneumatique selon 10 l'invention (condensateur électrostatique équivalent) ; - la figure 2, une représentation des efforts liés à la sculpture du pneumatique ; - la figure 3, un premier mode de réalisation d'un système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention ; 15 - la figure 4, un deuxième mode de réalisation d'un système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention ; - la figure 5, un troisième mode de réalisation d'un système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention ; et - la figure 6, un exemple d'isolation de la jante d'une roue pour 20 optimiser le système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention. Le principe de l'invention est d'apporter des charges électrostatiques à un pneumatique en cours de roulage pour créer une accumulation de charges (positive ou négative selon les cas) et générer des efforts verticaux 25 supplémentaires au niveau du pneumatique. En supposant le procédé de dépôt de charges électrostatiques acquis, le système selon l'invention consiste à déposer des charges sur une partie du pneumatique qui n'est pas en contact avec le sol puis par influence : le sol (la route) va alors présenter des charges opposées à l'interface voisine définie 30 par la surface de contact entre le pneumatique et la route. Comme illustré à la figure 1, l'interface I entre le pneumatique 1 , chargé positivement dans l'exemple décrit, et le sol 2 (la route), chargé négativement, se comporte comme un condensateur 3 : l'armature 31 du condensateur 3, chargée positivement, correspond à la partie du pneumatique 1 en contact avec le sol 2 et l'armature 32 du condensateur 3, chargée négativement, correspond au sol 2. L'interface I entre le pneumatique 1 et le sol 2 peut se représenter comme un condensateur électrostatique 3 équivalent qui permet d'augmenter l'effort vertical F sur le pneumatique 1 et donc son adhérence sur le sol 2. Bien que ce phénomène soit a priori le phénomène physique prépondérant, exploité par la présente invention, un deuxième phénomène concourant peut se produire en examinant de plus près la sculpture du pneumatique 1. La figure 2 représente les efforts supplémentaires Fs liés à la sculpture 11 du pneumatique 1 pouvant générer des efforts transversaux et longitudinaux plus directement. Il est entendu que la représentation précédente peut s'appliquer à plusieurs échelles (du millimètre au micromètre). L'effet de condensateur électrostatique est optimal quand le matériau venant en contact avec le sol est parfaitement isolant. Dans le cas d'un pneumatique, qui n'est pas parfaitement isolant, l'effet condensateur est amoindri par une résistance de fuite (qui en schéma électrique équivalent serait montée en parallèle avec le condensateur). Cette résistance de fuite a pour effet de transférer les charges pour revenir à la neutralité électrique. Suivant l'importance de la résistance de fuite, dépendante elle-même de la nature des matériaux en contact et des conditions environnementales (fabrication du pneumatique, état de la route, usure, température, humidité, etc.), il peut être nécessaire d'entretenir le phénomène de dépôt de charges électrostatiques par une source de tension qui requiert alors une puissance électrique minimale. De manière non limitative, il est également intéressant d'augmenter la nature isolante du pneumatique sur la bande de roulement par construction (par exemple, par dopage de composés chimiques isolants). Ceci aura pour avantage de réaliser un condensateur électrostatique plus important tout en diminuant au maximum la résistance de fuite qui perturbe l'effet électrostatique. Dans le cas où l'isolation complète du véhicule par des pneus parfaitement isolant serait problématique (pour la décharge en cas de foudroiement du véhicule ou de charge statique résiduelle non évacuée), plusieurs modes de réalisation sont possibles pour y pallier : - le choix de certains pneus et non l'ensemble (laissant ainsi au moins un pneu « standard », non chargé, effectuer l'écoulement de charge résiduelle) - l'adjonction d'une « languette » antistatique classique en contact avec 5 le sol. La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention. Dans ce premier mode de réalisation, le système selon l'invention comporte un ensemble convertisseur haute tension - générateur électrostatique 31, se 1 o présentant par exemple sous la forme d'une barre (barre de dépôt de charges électrostatiques), qui est disposée à proximité immédiate de chaque pneumatique 1 du véhicule 30, à l'avant du pneumatique 1, pour déposer des charges électrostatiques sur la partie du pneumatique non encore en contact avec le sol (un seul ensemble disposé à l'avant d'une des roues avant du 15 véhicule a été représenté sur la figure). La barre de dépôt de charges électrostatiques 31 est alimentée par une batterie 12V 32 alimentant également classiquement le réseau de bord du véhicule (non représenté). Le système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention comporte en outre un moyen d'activation 33 de la barre de 20 dépôt de charges électrostatiques 31 déportée ou non de la barre de dépôt de charges électrostatiques 31. Ce moyen d'activation 33 est déclenché par un calculateur 34 embarqué sur le véhicule 30 recevant une information représentative d'une situation de vie particulière du véhicule 30 comme par exemple, l'approche d'une situation limite d'adhérence. 25 Dans les modes de réalisation décrits, le moyen d'activation 33, 43, 53 est intégré au calculateur 34, 44, 54. La barre de dépôt de charges électrostatiques 31 peut être dupliquée pour chaque roue 35 du véhicule 30. La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d'un système de dépôt 30 de charges électrostatiques selon l'invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, des barres de dépôt de charges électrostatiques 41 sont disposées respectivement à l'avant de chaque roue 45 du véhicule 40. Elles sont avantageusement polarisées en opposé. Ainsi, la neutralité des charges est complètement assurée par cette réalisation 35 entre les trains avant 46 et arrière 47 du véhicule 40. Comme indiqué précédemment, le pneumatique n'étant pas un isolant parfait, il peut être nécessaire d'entretenir les charges électrostatiques lorsque le système a été activé par le moyen d'activation 43 (ou de manière non limitative, de changer la propriété isolante de la bande de roulement). Dans ce cas, l'énergie électrique délivrée par la batterie 32 alimentant le réseau de bord, peut ne pas être suffisante pour assurer la puissance nécessaire. Dès lors, il est judicieux de disposer d'un système de stockage électrique additionnel 55, par exemple une batterie électrochimique de puissance ou encore des ultra-capacités, comme dans le troisième mode de 1 o réalisation illustré à la figure 5. Dans ce troisième mode de réalisation, un système de recharge 56 (chargeur) du système de stockage électrique additionnel 55 est également prévu entre la batterie 32 du réseau de bord et la barre de dépôt de charges électrostatiques 51. Le chargeur 56 est commandé par le calculateur via le 15 moyen d'activation 53 qui peut être le même que celui utilisé pour activer la barre de dépôt de charges électrostatiques 51. Avantageusement, ce système de stockage additionnel 55 peut être celui déjà présent sur un véhicule hybride ou électrique. Idem pour le chargeur qui est déjà présent sur un véhicule hybride rechargeable (Plug ln). 20 La barre de dépôt de charges électrostatiques 31, 41, 51 du système de dépôt de charges électrostatiques selon l'invention est un dispositif disponible dans le commerce pour des applications industrielles permettant un dépôt de charges électrostatiques par influence d'une pièce. Elle est fixée au châssis du véhicule, par exemple dans le passage de roue, 25 ou sur les trains avant et arrière du véhicule. Son intégration est optimisée pour minimiser son impact sur l'architecture du véhicule tout en protégeant au mieux la barre des projections diverses (gravillons, pluie, etc.). Pour éviter que le dépôt de charge sur le pneumatique 1 ne revienne directement à la source d'alimentation de la barre 31, 41, 51, il peut être 30 alors utile d'isoler la jante métallique 60 de la roue 35, 45, 55 du reste du véhicule 30, 40, 50 par un élément de liaison 61 tel qu'un roulement ou un anneau en matière isolante électriquement, interposée entre la partie de l'arbre de transmission 62 reliée à la jante 60 de la roue 35, 45, 55 et la partie de l'arbre de transmission 63 reliée au châssis du véhicule 30, 40, 50 35 comme illustré schématiquement à la figure 6. Enfin, comme déjà décrit précédemment, le pneumatique ne se comportant pas comme un isolant parfait, il peut être nécessaire d'éviter de faire fonctionner le système de dépôt de charges électrostatiques en permanence pour minimiser la consommation électrique du véhicule. Comme le système selon l'invention vise à améliorer la sécurité active du véhicule, le système peut n'être activé qu'à l'approche d'une limite physique du véhicule. Lesdites limites sont estimées à partir d'informations délivrées par un dispositif 100 couplé au calculateur 34 ; 44; 54, regroupant l'un ou l'autre des moyens suivants 101 à 104 ainsi que toutes les combinaisons possibles 1 o de ces moyens, voire la totalité de ces moyens : - un moyen 101 de correction de trajectoire du véhicule, tels que l'ABS/ASR suite à une détection d'un glissement de roue et/ou l'ESP suite à une détection d'une prise de dérive et/ou de lacet par rapport à une référence ; - un moyen 102 de prévention d'accident de type Radar et/ou Lidar et/ou 15 caméra embarqué détectant une probabilité de choc imminente via l'estimation de la distance inter-véhicule ; - un moyen 103 d'alerte relié à un système de navigation signalant un accident dans un voisinage immédiat ; et - tout autre moyen 104 de liaison au sol ou du groupe motopropulseur 20 permettant de quantifier l'approche d'une limite d'adhérence. Ces moyens 101 à 104 étant complémentaires, un mode de réalisation optimal consiste à fusionner l'ensemble de ces informations par le calculateur 34, 44, 54 du système de charges pour activer le générateur de dépôt de charges électrostatiques. 25 De manière évidente, les différents composants, organes et modes de réalisation présentés peuvent être avantageusement combinés entre eux suivant des critères de coût, de compacité et de performance recherchés. REVENDICATIONS1. Système de dépôt de charges électrostatiques embarqué sur un véhicule (30 ; 40 ; 50), notamment un véhicule automobile, pour augmenter l'adhérence des pneumatiques (1) du véhicule sur le sol (2) en cas de détection de conditions de roulage déterminées, ledit système étant du type comportant une source de dépôt de charges électrostatiques commandée, alimentée par une source électrique, et disposée à proximité de chaque pneumatique, ladite source de dépôt de charges électrostatiques étant activée en cas de détection de conditions de roulage déterminées, ledit système étant caractérisé en ce que la source de dépôt de charges 1 o électrostatiques est un générateur de charges électriques (31 ; 41; 51) alimenté par une source d'alimentation du réseau de bord (32) du véhicule (30 ; 40) ; ledit générateur de charges étant apte à créer une accumulation de charges sur une partie du pneumatique non encore au contact avec le sol ; l'interface (I) entre le pneumatique et le sol se comportant comme un 15 condensateur électrostatique (3) permettant d'augmenter la charge verticale sur le pneumatique et donc d'augmenter l'adhérence de ce dernier sur le sol. 2. Système de dépôt de charges électrostatiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de charges est commandé pour 20 maintenir une polarisation du pneumatique, opposée à celle du sol. 3. Système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les pneumatiques équipant les roues (45) des trains avant (46) et arrière (47) du véhicule (40), sont 25 polarisés en opposé assurant la neutralité des charges entre les deux trains. 4. Système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en qu'il comporte une source d'alimentation électrique additionnelle (55, 56) pour fournir la puissance nécessaire pour 30 entretenir les charges électrostatiques lorsque le générateur de charges a été activé. 5. Système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la jante (60) de la roue(35 ; 45 ; 55) supportant le pneumatique est isolée du reste du véhicule (30, 40, 50) par un élément de liaison (61) en matière électriquement isolante. 6. Système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'activation (33 ; 43 ; 53) du générateur de charges (31 ; 41; 51) couplé à un calculateur (34 ; 44; 54) du véhicule et un dispositif (100) estimant les limites physiques du véhicule à partir de l'un ou l'autre des moyens suivants (101 à 104) ainsi que toutes les combinaisons possibles de ces moyens, voire la 1 o totalité de ces moyens : - un moyen (101) de correction de trajectoire du véhicule, tels que l'ABS/ASR suite à une détection d'un glissement de roue et/ou l'ESP suite à une détection d'une prise de dérive et/ou de lacet par rapport à une référence ; - un moyen (102) de prévention d'accident de type Radar et/ou Lidar et/ou 15 caméra embarqué détectant une probabilité de choc imminente via l'estimation de la distance inter-véhicule ; - un moyen (103) d'alerte relié à un système de navigation signalant un accident dans un voisinage immédiat ; et - tout autre moyen (104) de liaison au sol ou du groupe motopropulseur 20 permettant de quantifier l'approche d'une limite d'adhérence. 7. Système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un pneumatique est modifié pour offrir une couche isolante proche de la bande de roulement. 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un système de dépôt de charges électrostatiques selon l'une des revendications 1 à 7. 25