Brevet FR3062908A1 — publié le 20180817

PROCEDE DE CALCUL DE LA MASSE D'UN VEHICULE PAR LE DISPOSITIF DE CONTROLE DE SON GROUPE MOTOPROPULSEUR [001] Le domaine de l'invention concerne un procédé d'estimation de la masse d'un véhicule en roulage sur une route par un dispositif de contrôle du groupe motopropulseur dudit véhicule. [2] Il est recherché de connaître la masse du véhicule en situation de roulage et particulièrement la masse emportée. On connaît des systèmes de suspension pneumatique qui possèdent des capteurs de pression permettant de connaître en temps réel la masse emportée du véhicule. Par exemple, US2002038193A1 décrit un tel système. Cependant, ces systèmes ne sont pas installés en série sur les véhicules particuliers. Par ailleurs, on connaît de l'état de la technique le document brevet référencé W0201420829A1 qui propose un procédé de calcul de la masse du véhicule en fonction d'une accélération verticale du véhicule et des fréquences angulaires d'une route ondulée. Cependant, il est difficile de déployer cette solution sur tous les véhicules car elle nécessite l'utilisation d'un système de géolocalisation du véhicule associé à une base de données renseignant le profil de fréquence angulaire de la route. [3] Il existe donc un besoin de proposer une solution d'estimation de la masse emportée d'un véhicule en situation de roulage pouvant être mise en oeuvre à partir des équipements conventionnels d'un véhicule automobile. [004] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de calcul de la masse d'un véhicule en roulage sur une route par le dispositif de contrôle du groupe motopropulseur du véhicule comportant la mesure d'une accélération du véhicule et d'une vitesse du véhicule. Selon l'invention, le procédé comporte en outre la détermination de la puissance motrice du véhicule transmise à la route et la détermination de la masse du véhicule à partir d'au moins l'accélération mesurée, de la puissance motrice transmise à la route, d'une résistance à l'avancement prédéterminée du véhicule et de la vitesse mesurée. [005] Selon une variante, la puissance motrice transmise à la route est déterminée à partir d'une puissance disponible en sortie d'au moins un moteur de traction du véhicule et d'une valeur prédéterminée de rendement mécanique de la transmission, la dite valeur prédéterminée de rendement étant calculée en fonction de la mesure de points de fonctionnement de la transmission et d'une carte prédéterminée de rendement. 3062908 2 [6] Selon une variante, la puissance disponible en sortie dudit moteur de traction est déterminée à partir de la mesure de points de fonctionnement du moteur et d'une carte prédéterminée de production de puissance du moteur de traction. [7] Selon une variante, les points de fonctionnement du moteur sont choisis parmi la charge 5 moteur, le régime moteur et la consommation d'énergie du moteur pour la production de puissance disponible en sortie dudit moteur. [8] Selon une variante, le procédé comporte en outre la détermination d'un signal d'état de production de puissance du moteur de traction et la détermination de la carte prédéterminée de production de puissance en fonction du signal d'état de production de puissance. 10 [009] Selon une variante, le procédé comporte en outre la détermination d'un signal représentant un état de patinage du véhicule et la détermination de la masse est exécutée lorsqu'aucun patinage n'est détecté. [10] Selon une variante, le procédé comporte en outre la comparaison de l'accélération par rapport à un seuil d'accélération prédéterminé et la détermination de la masse est exécutée lorsque la valeur 15 de l'accélération longitudinale est supérieure au seuil d'accélération prédéterminé. [11] Selon une variante, le procédé comporte en outre la transmission d'une information représentant la masse du véhicule à destination d'un système de surveillance distant du véhicule par un moyen de communication sans fil, et/ou à destination d'un module de pilotage du véhicule. [12] Il est prévu selon l'invention, un dispositif de contrôle d'un groupe motopropulseur de 20 véhicule, lequel est configuré pour exécuter le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents. Il est également prévu un véhicule automobile comportant un tel dispositif de contrôle [13] Grâce à l'invention, la masse emportée peut être calculée par les équipements conventionnels d'un véhicule automobile à partir de la puissance mécanique qui est transmise à la route et des 25 cartes de production de puissance et de rendement de la transmission déterminées préalablement sur un banc de test. Il n'est donc pas nécessaire d'équiper le véhicule avec un dispositif de mesure spécifique. Une valeur de la masse emportée est déterminable pour chaque trajet du véhicule et en temps réel. Il est possible de mémoriser cette valeur et la collecter pour améliorer la conception des véhicules, connaître les usages des utilisateurs ou proposer des services adaptés à ces usages. 3062908 3 [14] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un véhicule automobile en situation de roulage se déplaçant sur une 5 route en pente et apte à exécuter le procédé selon l'invention ; la figure 2 représente une fonction de pilotage du superviseur du groupe motopropulseur configurée pour exécuter le procédé selon l'invention; la figure 3 représente le procédé d'estimation de la masse du véhicule selon l'invention. [15] L'invention concerne les véhicules automobiles à motorisation conventionnelle, tractés par un 10 module de traction thermique uniquement, mais aussi les véhicules dits hybrides à traction thermique-électrique ou thermique-hydraulique et les véhicules à traction électrique uniquement. L'invention concerne tout type de véhicule automobile pour lequel il est recherché de déterminer la masse du véhicule lors d'une situation de roulage, c'est-à-dire la masse à vide du véhicule et la masse emportée du véhicule. Elle concerne les véhicules d'un utilisateur particulier, les véhicules utilitaires, 15 véhicules de transport de marchandise ou véhicules dédiés au transport public de passagers. [16] La figure 1 représente dans un plan horizontal X et plan vertical Z, un véhicule automobile en situation de roulage sur une route définie par une pente a. On a représenté schématiquement un véhicule hybride équipé de deux modules de traction 11, 12, répartis respectivement sur le train avant et arrière, et d'un dispositif de contrôle 13 configuré pour coordonner les modules de traction. 20 Par exemple, le véhicule comporte un groupe motopropulseur hybride dans lequel le module de traction 11 dispose d'un moteur thermique couplé au roues du train avant par une première transmission mécanique. La première transmission mécanique du module de traction 11 transmet la puissance mécanique en sortie du moteur thermique jusqu'aux roues. Typiquement, la transmission est équipée au moins d'une boite de vitesses et d'un embrayage. Quant à lui, le module de traction 25 12 dispose d'une machine électrique de traction alimentée par un accumulateur d'énergie et est couplée aux roues du train arrière par une deuxième transmission mécanique en charge de transmettre la puissance mécanique en sortie de la machine électrique de traction jusqu'aux roues. On précisera que l'homme du métier saura adapter l'invention à d'autres types de groupe motopropulseur. 30 [017] Le dispositif de contrôle 13, couramment appelé superviseur ou ECU (« Electronic Control Unit » en anglais), est apte à exécuter des programmes de pilotage en charge de coordonner 3062908 4 notamment les modules de traction 11, 12 du groupe motopropulseur selon des stratégies de roulage prédéfinies. Le dispositif de contrôle 13 est un composant à circuits intégrés couplé à des mémoires contenant des programmes de pilotage et paramètres de configuration du groupe motopropulseur du véhicule. En particulier, le dispositif de contrôle 13 comporte une unité de calcul 5 apte à exécuter un programme de pilotage pour l'estimation de la masse du véhicule lors du roulage. [018] De plus, il est envisageable que le dispositif de contrôle 13 dispose d'une interface de communication sans fil apte à communiquer avec un système distant de surveillance du véhicule pour transmettre des paramètres d'activité et de roulage du groupe motopropulseur, et en particulier la masse emportée du véhicule dans le cadre de l'invention. 10 [019] Par ailleurs, on sait qu'un véhicule est défini par des lois de roulage relatives au comportement aérodynamique du véhicule qui sont caractérisées sur un banc de test, notamment le paramètre de résistance à l'avancement Ra. Le dispositif de contrôle 13 contient cette information pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation de la masse. [20] De plus, Il est courant de déterminer lors de la conception du véhicule des cartes ou modèles 15 de production de puissance de motorisation du groupe motopropulseur. Dans ce cas-ci, le dispositif de contrôle 13 est configuré pour contenir des cartes de puissance prédéterminées renseignant une puissance mécanique en sortie du moteur thermique et de la machine électrique de traction, du module de traction avant 11 et du module de traction arrière 12 respectivement, en fonction de leurs points de fonctionnement. Ces points de fonctionnement sont mesurables en temps réel par le 20 dispositif de contrôle 13 et sont par exemple le régime moteur, la consommation d'énergie pour la production de puissance mécanique (carburant, courant induit, tension de pilotage). [21] De plus, le dispositif de contrôle 13 est configuré pour contenir des cartes de rendement des transmissions des modules de traction 11, 12. Ces cartes de rendement renseignent une valeur de rendement mécanique de la transmission en fonction des points de fonctionnement mesurés. Ces 25 points de fonctionnement sont mesurables en temps réel par le dispositif de contrôle 13, par exemple le rapport de démultiplication de la transmission. [22] On entend par le terme carte de puissance et carte de rendement, toute information prédéterminée en banc de test du véhicule, quel que soit le format de l'information (carte, table de correspondance, modèle ou fonction de calcul), apte à renseigner la puissance et le rendement en 30 fonction de points de fonctionnement mesurables du groupe motopropulseur. 3062908 5 [23] Par ailleurs, le groupe motopropulseur est équipé de capteurs de vitesses roues et accéléromètres pour la mesure d'une valeur de vitesse du véhicule et d'une valeur d'accélération longitudinale (par rapport à la route), verticale ou latérale. Le dispositif de contrôle de trajectoire de type ESP (« Electronic Stability Program » en anglais) ou le système antiblocage des roues sont 5 équipés de tels capteurs aptes à transmettre une valeur de la vitesse et une valeur d'accélération au dispositif de contrôle 13. [24] La figure 2 représente le dispositif de contrôle 13 du groupe motopropulseur et les programmes de pilotage intervenant pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation de la masse du véhicule. Le dispositif de contrôle comporte un moyen d'acquisition 21 de la mesure de la vitesse de 10 roues du véhicule, qui permet de déduire une vitesse du véhicule Vx, par exemple à partir du capteur d'un système antiblocage des roues. Le dispositif comporte également un moyen d'acquisition de la mesure de l'accélération 22 du véhicule, par exemple à partir du capteur de l'ESP. On sait qu'à partir de la mesure de la vitesse du véhicule, on détermine une valeur d'accélération longitudinale du véhicule Ax1. De plus, à partir de la mesure de l'accélération Ax2 du véhicule par un accéléromètre, 15 on calcule la pente a de la route, car Ax2 = Ax1 + G*sin a, avec G la valeur de la composante accélération provoquée par la gravité. [25] De plus, il comporte un moyen de détection 23 d'une situation de patinage des roues du véhicule ou des transmissions des modules de tractions (par exemple un patinage embrayage). Le moyen de détection 23 émet un signal représentant un état de patinage de manière à autoriser le 20 calcul de la masse du véhicule. En effet, une situation de patinage représente une perte de puissance mécanique qui peut rendre erroné le calcul de la masse. [26] De plus, le dispositif de contrôle 13 comporte des moyens d'acquisition 24 de la mesure des points de fonctionnement des modules de traction 11, 12 du véhicule, notamment le régime du moteur thermique ou de la machine électrique de traction, la charge moteur, la consommation de 25 carburant, le courant induit ou la tension de pilotage de la machine électrique. Il s'agit d'une liste de points de fonctionnement nullement limitative que l'homme du métier saura adapter pour la détermination de la puissance mécanique en sortie du ou des moteurs de traction du groupe motopropulseur. De plus, les moyens d'acquisition 24 sont aptes à détecter un signal d'état de production de puissance mécanique du ou des moteurs de traction du groupe motopropulseur. 30 [027] Par ailleurs, le dispositif de contrôle 13 comporte des moyens d'enregistrement 25 des cartes de production de puissances du ou des moteurs de traction, des cartes de rendements prédéterminées sur banc de test du véhicule et de la valeur de résistance à l'avancement Ra du 3062908 6 véhicule. Ainsi, les moyens d'enregistrement 25 contiennent une ou plusieurs cartes de production de puissance selon que le groupe motopropulseur est équipé de un ou plusieurs modules de traction. L'utilisation des cartes de puissance et rendement prédéterminées sur bancs de test pour estimer la masse du véhicule présente l'avantage de connaître avec une précision élevée en temps réel la 5 valeur d'une puissance motrice transmise à la route. [028] En outre, le dispositif de contrôle 13 comporte un module 26 de calcul de la masse du véhicule permettant de la déterminer à partir de l'accélération mesurée, de la puissance motrice transmise à la route, d'une résistance à l'avancement prédéterminée du véhicule et de la vitesse de roues mesurée. 10 [029] En effet, selon la formule suivante, on sait que Axl = Proues Ra-M*G*sina+Fext M*Ij i((p02) R2 Vx dans laquelle Proues est à la puissance motrice du véhicule transmise à la route par les roues, Ra est la résistance à l'avancement prédéterminée sur le banc de test, m est la valeur de la masse du véhicule (masse à vide plus la masse emportée), Fext est la valeur des forces extérieures agissant sur le véhicule lors du roulage, Ji les moments d'inertie des éléments en rotation de la transmission 15 (roue-moteur de traction), R le rayon sous charge des roues motrices du véhicule et Pi le rapport de vitesses de rotation entre l'élément i et les roues. [030] A partir de cette formule et la valeur de la pente mentionnée précédemment, le module 26 de calcul est apte à déterminer la masse du véhicule selon la formule ci-après en fonction de la valeur de l'accélération mesurée Ax2 et l'accélération longitudinale Ax1 déduite de la mesure de la vitesse 20 de roues : [031] M = vx Ax2 P roues Ra Iii(e)*AX1 [032] On ajoute que la proportion des éléments extérieurs est négligeable par rapport aux éléments mesurés dans une situation de démarrage ou plus généralement de forte accélération pour une vitesse faible. 25 [033] Pour déterminer la puissance motrice transmise à la route, on précise de plus que le module 26 est apte à déterminer une puissance disponible en sortie du ou des moteurs de traction du véhicule en fonction des points de fonctionnement du ou des moteurs de traction, respectivement du ou des modules de traction 11, 12 du groupe motopropulseur. De plus, le module 26 est apte à déterminer une valeur de rendement prédéterminée de la/les transmissions respectivement des 3062908 7 modules de tractions 11, 12 respectivement en fonction de la mesure de points de fonctionnement de la/les transmissions. Si deux moteurs de traction participent au déplacement du véhicule, par exemple dans le cas d'un mode de roulage hybride, le procédé comprendra la détermination de la puissance disponible pour chacun des moteurs de traction et la détermination d'une valeur de 5 rendement de chacune des transmissions correspondante. [34] Le module de calcul 26 est apte à fournir une valeur de sortie représentant la masse du véhicule de laquelle on peut déterminer la masse emportée connaissant la masse à vide du véhicule. La valeur de la masse est enregistrée dans une mémoire 27 du dispositif de contrôle, est transmise à un programme de pilotage 28 ou un dispositif de pilotage du groupe motopropulseur ou est 10 transmise à un système distant 100 via les moyens de communication sans fil précités. On notera que plusieurs valeurs de la masse peuvent être collectées à des fins d'analyse de l'information. [35] La figure 3 représente le procédé d'estimation de la masse du véhicule exécuté par le dispositif de contrôle 13 du groupe motopropulseur d'un véhicule. Lors d'une phase initiale le procédé d'estimation de la masse prévoit la détermination 30 des cartes prédéterminées de puissances de 15 production et rendement de la transmission entre le moteur de traction et les roues. Les cartes de production de puissance et les cartes de rendement sont construites en banc de test lors de la conception du véhicule, puis enregistrées en mémoire du dispositif de contrôle 13 du groupe motopropulseur. [36] Ensuite, une fois que le véhicule fonctionne dans un état démarré, qu'aucun patinage n'est 20 détecté au niveau de la transmission ou au niveau des roues et que l'accélération du véhicule est suffisante, le procédé comprend une étape 31 de mesure de l'accélération Ax2 du véhicule (par exemple par l'accéléromètre de l'ESP) et de mesure de la vitesse du véhicule (par exemple par la vitesse roue du capteur du système antiblocage des roues) pour le calcul de la masse du véhicule. De la mesure de l'accélération Ax2, le procédé détermine la pente de la route a conformément à la 25 formule mentionnée précédemment. Et de la mesure de la vitesse de roues, le procédé détermine l'accélération longitudinale du véhicule Axl. [37] On notera que le procédé comprend une étape de détermination Cl d'un signal représentant un état de patinage du véhicule et que le déclenchement du calcul de la masse est conditionné au fait que le signal indique qu'aucun patinage n'est détecté. On protège ainsi le calcul des pertes de 30 puissance mécanique résultant d'un patinage. De préférence, le déclenchement du calcul de la masse prévoit en outre la comparaison C2 de l'accélération longitudinale par rapport à un seuil d'accélération prédéterminé et le procédé déclenche la détermination de la masse lorsque la valeur 3062908 8 de l'accélération longitudinale est supérieure au seuil d'accélération prédéterminé. Si ces deux dernières conditions ne sont pas respectées, le procédé retourne à la phase initiale. Le calcul de la masse est de préférence opéré, lors d'une phase de démarrage du véhicule lorsque la vitesse est réduite et l'accélération importante pour réduire l'intervention des forces extérieures (vent, etc..). 5 Toutefois, le conditionnement du déclenchement du procédé à la valeur de l'accélération n'est pas obligatoire et peut être réalisé automatiquement à chaque phase de démarrage. [038] De plus, le procédé comprend une étape de mesure 32 des points de fonctionnement du ou des moteurs de traction en état de production de puissance à leur sortie et à condition que le ou les modules de traction soient en état de transmission de puissance à la route, c'est-à-dire l'embrayage 10 est positionné en état fermé et un rapport de vitesse est engagé pour une configuration de groupe motopropulseur ayant une boite de vitesses et un embrayage. Le procédé comprend également la mesure des points de fonctionnement de la transmission pour le ou les modules de traction en état de production de puissance à la route pour déterminer une valeur de rendement mécanique de la transmission prédéterminée. 15 [039] En outre, le procédé comprend une étape 33 de détermination de la puissance motrice du véhicule transmise à la route. Plus précisément, la puissance motrice transmise à la route Proues est déterminée à partir de la puissance disponible en sortie du ou des moteurs de traction du véhicule et de la valeur de rendement mécanique de la transmission prédéterminée en fonction de la mesure de points de fonctionnement de la transmission par les moyens d'acquisition 24. De plus, la puissance 20 disponible en sortie dudit moteur de traction est déterminée à partir de la mesure des points de fonctionnement du moteur par les moyens d'acquisition 24, choisis parmi la charge moteur, le régime moteur et la consommation d'énergie du moteur (en carburant ou énergie électrique) pour la production de puissance disponible en sortie dudit moteur, et d'une carte prédéterminée de production de puissance du moteur de traction consultable dans les moyens d'enregistrement 25. La 25 puissance motrice transmise à la route Proues est calculée à partir de la puissance disponible de chacun des modules de traction 11, 12 du groupe motopropulseur. [040] Lorsque le groupe motopropulseur comporte un ou plusieurs modules de traction, le procédé comporte la détermination d'un signal d'état de production de puissance de chaque moteur de traction et la détermination de la carte prédéterminée de production de puissance en fonction de du 30 signal d'état de production de puissance. Ainsi, si le groupe motopropulseur est équipé de plusieurs modules de traction, le procédé est apte à choisir la carte de production de puissance correspondante à chaque moteur de traction. Par état de production de puissance on entend un état indiquant la présence ou non d'une puissance mécanique en sortie du moteur. 3062908 9 [41] Ensuite, le procédé comprend une étape de détermination 34 de la masse M du véhicule par le module 26 à partir d'au moins l'accélération longitudinale mesurée Ax1, de la puissance motrice transmise à la route Proues, de la résistance à l'avancement prédéterminée Ra du véhicule et de la vitesse du véhicule conformément à la formule mentionnée précédemment lors de la description du 5 module 26. De préférence, la détermination de la masse est exécutée à chaque phase de démarrage du véhicule. Ainsi, on détermine la masse emportée pour chaque trajet réalisé par le véhicule. [42] A une étape 35, la valeur de la masse est enregistrée dans une mémoire du dispositif de contrôle 13. Dans des variantes du procédé, la valeur de la masse est transmise à un programme de pilotage du dispositif de contrôle 13 ou à un système distant via des moyens de communication sans 10 fil. L'information de masse transmise est la masse totale du véhicule ou la masse emportée. REVENDICATIONS1. Procédé de calcul de la masse d'un véhicule en roulage sur une route par le dispositif de contrôle (13) du groupe motopropulseur du véhicule comportant la mesure (31) d'une accélération du véhicule et d'une vitesse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la détermination (33) de la puissance motrice du véhicule transmise à la route et la détermination (34) de la masse du véhicule à partir d'au moins l'accélération mesurée, de la puissance motrice transmise à la route, d'une résistance à l'avancement prédéterminée du véhicule et de la vitesse du véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance motrice transmise à la route est déterminée à partir d'une puissance disponible en sortie d'au moins un moteur de traction du véhicule et d'une valeur prédéterminée de rendement mécanique de la transmission, la dite valeur prédéterminée de rendement étant calculée en fonction de la mesure (32) de points de fonctionnement de la transmission et d'une carte prédéterminée de rendement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance disponible en sortie dudit moteur de traction est déterminée à partir de la mesure (32) de points de fonctionnement du moteur et d'une carte prédéterminée de production de puissance du moteur de traction. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les points de fonctionnement du moteur sont choisis parmi la charge moteur, le régime moteur et la consommation d'énergie du moteur pour la production de puissance disponible en sortie dudit moteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la détermination d'un signal d'état de production de puissance du moteur de traction et la détermination de la carte prédéterminée de production de puissance en fonction du signal d'état de production de puissance du moteur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la détermination (C1) d'un signal représentant un état de patinage du véhicule et en ce que la détermination (34) de la masse est exécutée lorsqu'aucun patinage n'est détecté. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la comparaison (C2) de l'accélération par rapport à un seuil d'accélération 3062908 11 prédéterminé et en ce que la détermination (34) de la masse est exécutée lorsque la valeur de l'accélération longitudinale est supérieure au seuil d'accélération prédéterminé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la transmission d'une information représentant la masse du véhicule à 5 destination d'un système de surveillance distant du véhicule par un moyen de communication sans fil, et/ou à destination d'un module de pilotage du véhicule. 9. Dispositif de contrôle (13) d'un groupe motopropulseur de véhicule, caractérisé en ce qu'il est configuré pour exécuter le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle selon 10 la revendication 9.