Brevet FR3014191A1 — publié le 20150605

Procédé et dispositif d'estimation de la masse d'un véhicule automobile La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile. La connaissance de la masse totale d'un véhicule automobile est nécessaire au bon fonctionnement de nombreux dispositifs embarqués dans le véhicule, notamment les dispositifs de gestion de freinage ou de gestion de boîte de vitesse automatique. Par ailleurs, pour les véhicules utilitaires offrant une capacité de chargement importante, une estimation de la masse du véhicule permet à l'utilisateur de garantir le respect du poids total en charge autorisé. Il est donc souhaitable d'obtenir rapidement une estimation fiable de la masse du véhicule, même lorsque le véhicule est engagé sur une pente. Aujourd'hui l'estimation de la masse d'un véhicule automobile peut se faire de différentes façons, par exemple par mesure directe de la masse, par estimation à l'aide de capteurs d'assiettes et à partir de la raideur des amortissements. Toutefois, ces méthodes sont chères et ne permettent pas d'obtenir une estimation de la masse précise dû à la dispersion de fabrication et au vieillissement des raideurs des suspensions. Il existe également des procédés d'estimation de la masse d'un véhicule automobile par application du principe fondamental de la dynamique à un seul instant. On peut se référer à cet égard au document US 6, 249, 735 qui décrit un procédé d'estimation de l'état de chargement d'un véhicule en fonction du couple du moteur mesuré et de l'accélération du véhicule calculée par approximation discrète de la dérivée de la vitesse et par filtrage. Un tel procédé ne permet pas d'obtenir une estimation de la masse suffisamment fiable et robuste. On peut également se référer au document FR 2 857 090 qui décrit un procédé d'estimation de la masse reposant sur un algorithme de moindres carrés récursifs en utilisant l'accélération du véhicule. Toutefois, un tel procédé d'estimation ne permet pas d'estimer rapidement la masse du véhicule automobile. De plus, les procédés d'estimation de la masse d'un véhicule automobile par application du principe fondamental de la dynamique à un seul instant sont particulièrement imprécis et lourds à mettre en oeuvre car ils nécessitent une estimation de nombreux paramètres du véhicule et se basent sur des hypothèses qui ne sont pas toujours vérifiées, telles qu'une vitesse du vent nulle, une déclivité nulle, etc. Par ailleurs, dans certains véhicules actuels, l'utilisateur doit appuyer sur un bouton de commande lorsque le véhicule est chargé. Le bouton de commande permet de configurer le véhicule dans un mode « chargé » ou « non chargé » pour activer un programme correspondant de pilotage du calculateur de la transmission automatique. Toutefois, l'implantation d'un tel bouton de commande est relativement coûteuse. La présente invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients. Le but de l'invention est donc de fournir un procédé et un dispositif permettant d'obtenir rapidement une information sur la masse totale du véhicule automobile, sans nécessiter un appui sur un bouton de commande par l'utilisateur du véhicule. L'invention a pour objet le pilotage du calculateur d'un dispositif embarqué, tel que par exemple une transmission automatique, un dispositif d'estimation de la pression des pneus, etc..., en fonction de la masse du véhicule automobile. L'invention concerne tout type d'engin muni de roues. Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile dans lequel on calcule la différence entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels et l'on estime la masse du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération. Ainsi, on obtient une estimation fiable et rapide de la masse du véhicule par l'utilisation d'un algorithme simple d'utilisation et ne nécessitant pas un stockage important de données grâce au facteur d'oubli. Avantageusement, on récupère les données comprenant l'inertie de la roue, l'accélération de la roue à deux instants, la résultante du couple moteur ramenée à la roue, le rayon de la roue et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants. Dans un mode de réalisation, on filtre la valeur de la masse estimée par l'algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli. La résultante du couple moteur ramenée à la roue peut être déterminée par une cartographie. Le facteur d'oubli est, par exemple, compris entre 0,99 et 0,9959. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile, comportant une unité de commande électronique destinée à calculer la masse totale du véhicule automobile et à piloter un dispositif embarqué dans le véhicule. Le dispositif d'estimation comprend un module de calcul de la différence entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels et un module d'estimation de la masse du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération. Avantageusement, le dispositif d'estimation comprend un module de récupération des données comprenant l'inertie de la roue, l'accélération de la roue à deux instants, la résultante du couple moteur ramenée à la roue, le rayon de la roue et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants. Le dispositif d'estimation peut comprendre un filtre passe bas destiné à filtrer la valeur de la masse totale estimée par le module d'estimation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement le dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule selon l'invention; et - la figure 2 illustre les étapes du procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule selon l'invention. Le dispositif d'estimation de la masse totale M d'un véhicule automobile (non représenté), selon la figure 1, comporte une unité de commande électronique 1 destinée à piloter un calculateur 2, par exemple de la transmission automatique (non représentée), de l'estimation de la pression des pneumatiques ou de tout autre dispositif du véhicule automobile nécessitant la connaissance de la masse totale du véhicule. L'unité de commande 1 comprend un module de traitement des données 3, un module de calcul 4 de la différence entre les accélérations d'une roue à deux instants temporels et un module d'estimation de la masse 5 par un algorithme des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli. Le module de traitement des données 3 reçoit en entrée des données comprenant : Jr, l'inertie de la roue, exprimée en kg.m2 ; 6.,.(t), l'accélération de la roue à deux instants ti et t2, exprimée en rad. s_2 ; Cr(t), la résultante du couple moteur ramenée à la roue, exprimé en N.m; R , le rayon de la roue, exprimé en m ; et a, l'accélération de la roue à deux instants ti et t2, exprimée en m.s-2. L'équation du bilan des couples au niveau d'une des roues non motrices déterminée par l'application du principe fondamental de la dynamique permet d' obtenir l' équation Eq. 1 correspondant l'application du principe fondamental de la dynamique en rotation d'une roue avant équivalente lors d'une phase d'accélération sans freinage : JYOY (t) = Cr(t) - Fx(t).R - Cf(t) (Eq. 1) Avec : Jr, l'inertie de la roue, exprimée en kg.m2 ; 6.,.(t), l'accélération de la roue correspondant à la dérivée de la vitesse de rotation de la roue, exprimée en rad.s-2 ; Cr(t), la résultante du couple moteur ramenée à la roue, exprimé en N.m ; Fx(t), la force de la route sur la roue, exprimée en N ; R , le rayon de la roue, exprimé en m ; et Cf(t), le couple lié au frottement, exprimé en N.m. L'équation du bilan des forces au niveau de la roue avant équivalente lors d'une phase d'accélération sans freinage est déterminée par le principe fondamental de la dynamique en translation, selon l'équation suivante : M .a(t) = Fx(t)- Fext(t) (Eq. 2) Avec : M, la masse du véhicule, exprimé en kg ; a, l'accélération longitudinale du véhicule, exprimée en m.s-2 ; et Fext(t), l'effort extérieur appliqué sur le véhicule, exprimé en N En remplaçant, dans l'équation 2, l'expression de la force de la route sur la roue Fx(t) calculée à l'équation 1, on obtient, à deux instants t1 et t2, les équations 3 et 4 suivantes: Jrd (t2) = Cr(t2) - (M .a(t2)- Fext(t2)).R - Cf(t2) (Eq. 3) Jré.,. (h) = Cr(ti) - (M Fext(ti)).R - Cf(ti) (Eq. 4) Le module de traitement des données 3 calcule les équations 3 et 4 ci-dessus par application des principes fondamentaux de la dynamique à deux instants ti et t2. Le module de calcul 4 calcule la différence entre les équations 3 et 4. En prenant pour hypothèse que les deux instants t2 et ti sont suffisamment proches pour que les efforts extérieurs Fext(t), Cf(t) appliqués sur le véhicule ne varient pas significativement, c'est-à-dire que Fe),(t2)-F,,,(0-, 0 et Cf(t2)-Cf(t1),--- 0, on obtient l'équation 5: JrAé, = ACr - RM.Aa (Eq. 5) Où: Ad., - 6., (t2) -6.,(t1) ACr -Cr(t2)-Cr(t1), provient, par exemple, d'une cartographie Aa= a(t2) - a(t1) On peut réécrire l'équation 5 sous la forme : (OC, - JrA0) (Eq. 6) AaM = (1) Y En appliquant, au module d'estimation 5, un algorithme basé sur la méthode des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli k, on recalcule une nouvelle estimation des paramètres à chaque instant t sur la base de l'estimation précédente. On pose : R(k) = f(k) = Exk-to (t) T (t) (Eq.7) t=1 k (Eq.8) Xk-t 0(0 .Y(t) t=1 Avec : (1)T la transposée de cl), À, un facteur de pondération qui prend toujours une valeur positive inférieure à 1, par exemple compris entre 0,99 et 0,9959. À, est également appelé « facteur d'oubli » et peut être issu de cartographie en fonction du nombre de points acquis, qui peut être mise à jour en cas d'arrêt et/ou ouverture de porte (descente ou montée de passager). En remplaçant ces valeurs dans l'équation 6, on en déduit l'équation suivante : Û(k)- R(k)-1 f (k) (Eq. 9) Avec : , la masse estimée par la méthode des moindres carrés Les variables R(k) et f(k) peuvent être mis sous forme récursive sans aucune approximation selon les équations suivantes : R(k) = X/r?(k -1)+0(k).0T(k) (Eq.10) f(k) = X(k) f (k -1) +(1) (k).y(k) (Eq.11) En remplacement les équations 10 et 11 dans l'équation 9, on en déduit : M (k) = R(k)-1k(k). f (k -1) + ) + (I) (k) . y (k)] = R(k)-1k(k).R(k - 1) .û (k -1) + (I) (k) . y (k) M(k) = R(k)-11.[R(k) - (k).OT (k)lû (k -1) + (k) .y (k).1 SoitÛ(k) = û (k -1) + R(k)-1 (k)i.y(k) - T (k) (k -1) .1 (Eq.12) Appliquer la méthode des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli se traduit par calculer les trois équations suivantes à chaque nouvel échantillon k : Û(k)=Û(k -1)+ L(k)i.y(k)- 0(k) û (k - 1)] (Eq.13) P (k -1)0(k) L(k) - (Eq. 14) (X +0 (k)P (k -1» (k)) [1- L(k» (k)]P (k -1) P (k) (Eq.15) X Avec P (k) = R(k)-1 En effet, la solution consistant à calculer la masse M par la méthode des moindres carrés récursifs classique a l'avantage d'être optimale et rapide. Toutefois, tous les échantillons k ont la même importance. En d'autres termes, si après une heure de roulage, la masse du véhicule varie, par exemple lorsqu'une personne descend du véhicule, il faudra attendre au moins une heure de roulage pour que les nouveaux points compensent les anciens. L'attribution d'un poids aux échantillons k par la méthode connue dans la littérature comme des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli permet d'attribuer un poids à un échantillon d'autant plus important que l'échantillon est proche dans le passé. Le module d'estimation 5 transmet ensuite la valeur de la masse estimée à un filtre passe bas 6 avant d'être transmise au calculateur 2. L'organigramme représenté sur la figure 2 illustre le procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile. Lors d'une première étape 10, on récupère les données comprenant l'inertie de la roue Jr, l'accélération de la roue à deux instants 6.,.(ti),6,.(t2), la résultante du couple moteur ramenée à la roue Cr(ti) Cr(t2), le rayon de la roue R et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instant a(ti), a(t2). Lors d'une deuxième étape 20, on calcule les équations 1 et 2 par application du principe fondamental de la dynamique en rotation et en translation à deux instants temporels ti, t2 et on calcule l'accélération sans freinage d'une roue du véhicule 6.,.(0,6,.(t2) respectivement à chacun des deux instants ti, t2, selon les équations 3 et 4. Lors d'une troisième étape 30, on calcule l'équation 5 correspondant à la différence Aé.,. entre les accélérations sans freinage 6,.(0,6,.(t2)calculées précédemment, et en prenant pour hypothèse que les instants t2 et t1 sont suffisamment proches pour que les efforts extérieurs Fext(t), Cf(t) appliqués sur le véhicule ne varient pas significativement. On calcule ensuite à l'étape 40, l'estime de la masse M du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursif à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération Enfin, à l'étape 50, on filtre la valeur de la masse M estimée par un filtre passe bas 6. Ainsi, la masse totale du véhicule peut être estimée de manière fiable et rapide. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile caractérisé par le fait que l'on calcule la différence (MO entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule (6.,(0,6,(t2)) à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels (ti, t2) et l'on estime la masse (M) du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération (MO. 2. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 1, dans lequel on récupère les données comprenant l'inertie de la roue (Jr), l'accélération de la roue à deux instants (6.,(ti),6r(t2)), la résultante du couple moteur ramenée à la roue (Cr(ti), Cr(t2)), le rayon de la roue (R) et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants (a(ti), a(t2)). 3. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on filtre la valeur de la masse (M) estimée par l'algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli. 4. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résultante du couple moteur ramenée à la roue (Cr(ti), Cr(t2)) est déterminée par une cartographie. 5. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur d'oubli est compris entre 0,99 et 0,9959. 6. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile, comportant une unité de commande électronique (1) destinée à calculer la masse totale (M) du véhicule automobile, et à piloter un dispositif embarqué (2) dans le véhicule, caractérise en ce qu'il comprend un module de calcul (4) de la différence (MO entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule (6,(0,6,(t2)) à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels (ti, t2) et un module d'estimation (5) de la masse(M) du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération (MO. 7. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 6, comprenant un module de récupération des données (3) comprenant l'inertie de la roue (Jr), l'accélération de la roue à deux instants (6,(ti),6r(t2)), la résultante du couple moteur ramenée à la roue (Cr(ti), Cr(t2)), le rayon de la roue (R) et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants (a(ti), a(t2)). 8. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, comprenant un filtre passe bas (6) destiné à filtrer la valeur de la masse totale estimée par le module d'estimation (5).