Brevet FR3088274A1 — publié le 20200515

PROCEDE DE FABRICATION D'UN SYSTÈME DE FREINAGE D'UN VEHICULE AYANT RECOURS A DE LA LOGIQUE FLOUE DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un système de freinage d'un véhicule ayant recours à de la logique floue. Les systèmes de freinage considérés ici comprennent une partie mécanique, responsable du freinage physique, et une partie de commande contenant des consignes ou codes de freinage, qu'on peut souvent représenter par des fonctions de pression du liquide de freinage ou de décélération d'un moteur électrique en fonction du temps. Ces consignes sont appliquées par un calculateur, lui aussi embarqué sur le véhicule. L'application de la consigne de freinage choisie en fonction des circonstances du freinage se fait en temps réel. Les consignes sont enregistrées dans une mémoire du calculateur, qui peut être dédié au système de freinage ou au contraire servir aussi à d'autres fonctions, tel qu'un calculateur ESP (marque déposée), qui s'occupe de modulations des commandes de trajectoire, ou un calculateur sur le bus CAN du véhicule (pompe, amplificateur de freinage, générateur électrique de pression, etc.), entre autres exemples. Le frein peut être de tout genre, y compris un frein de stationnement, qu'on peut utiliser sur route pour un freinage de secours ; et de toute nature (mécanique à disque ou tambour et pression de fluide, ou électrochimique à récupération d'énergie électrique par une batterie, le freinage revenant alors à une décélération imposée à un moteur électrique). Et le véhicule peut lui aussi être de tout genre (notamment à moteur à combustion interne, électrique, ou hybride). L'invention a été conçue pour améliorer les consignes de freinage obtenues par les procédés habituels et obtenir des freinages plus efficaces selon les circonstances effectivement rencontrées, en s'efforçant de prendre en compte de façon appropriée autant des très nombreux paramètres qui participent au freinage que possible, mais dont l'influence peut être difficile à évaluer. 2 L'invention fait appel à des procédés de logique floue pour élaborer ces consignes. Mais l'emploi de logique floue est paradoxal ici, puisque hors de cas très simples, les processus de formation des résultats en logique floue échappent à l'observateur et la qualité de leurs résultats ne peut pas être garantie, ce qui est pourtant indispensable dans cette application où la sécurité est primordiale. Le procédé de fabrication du système de freinage de l'invention comprend alors trois étapes principales : - génération de consignes de freinage candidates par un dispositif équipé d'un processeur de logique floue, en fonction d'un premier jeu de paramètres de 10 situations de freinage ; - validation ou rejet des consignes de freinage candidates, en appliquant au moins un algorithme de décision par un dispositif de calcul algorithmique ; - implantation des consignes de freinage candidates qui ont été validées sur le calculateur de la partie de commande. 15 L'étape de validation complète donc l'étape préliminaire de génération des consignes en apportant la sécurité d'un algorithme de décision parfaitement maîtrisé par le concepteur. Les validations pourront consister en des vérifications de normes ou d'exigences réglementaires de sécurité par exemple, ou se fonder sur des simulations de situations de freinage en faisant appel éventuellement à un second jeu de paramètres, 20 pouvant comprendre des paramètres déjà présents dans le premier jeu. Le processeur de logique floue peut avantageusement comporter un réseau de neurones. Un avantage de la logique floue est qu'elle se prête bien à des techniques d'auto-apprentissage, qui pourront être utilisées ici selon les résultats de 25 validation ou de rejet des consignes candidates obtenues à la deuxième étape. Selon divers modes de réalisation possibles de l'invention, le premier jeu de paramètres peut comprendre tout ou partie des paramètres suivants : de modèles du véhicule ou du système de freinage ; de mouvements du véhicule ; d'environnement extérieur du véhicule ; d'état de divers constituants du véhicule hors du système de freinage ; d'historique de conduite ou de freinage ; de commande de freinage ou de style 3 de conduite ; ou d'allocation ou de répartition de ressources énergétiques entre le système de freinage et d'autres systèmes du véhicule, quand ils sont en compétition pour elles. L'algorithme de décision comprend par exemple une vérification, de nature analytique, d'exigences réglementaires, techniques et/ou associées à un conducteur. Il peut aussi comprendre une analyse de résultats d'application des consignes candidates à des simulation de situations de freinage exprimées par un second jeu de paramètres. Il est alors souvent avantageux de répéter la validation avec des variations successives des paramètres du second jeu dans des plages de simulations, afin 10 d'accroître la sûreté de validation et de les rendre mieux exhaustives des différentes situations plausibles de freinage. L'algorithme de décision peut aussi comprendre des détections de problèmes et/ou valeurs de mesure de capteurs apparaissant sur le véhicule hors du système de freinage après avoir appliqué les consignes candidates. 15 Il peut encore comprendre une étape d'auto-apprentissage, consistant en des réévaluations de consignes précédemment validées, en cas de rejet d'une consigne candidate jugée comme similaire auxdites consignes précédemment validées. La comparaison/classification des exemples de situation de freinage s'effectue de préférence par un réseau neuronal, de préférence comportant au moins trois couches de 20 neurones et de manière encore préférée comportant un nombre de couches élevé (deep learning en terminologie anglo-saxonne). Un autre aspect de l'invention est un véhicule comprenant un système de freinage fabriqué selon ce qui précède. Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention 25 seront maintenant décrits plus en détail en s'appuyant sur les figures suivantes, données à titre purement illustratif pour décrire certaines réalisations ou variantes de réalisations possibles de celle-là : - la figure 1 représente le procédé de fabrication du système de freinage ; 30 - la figure 2 illustre un réseau de neurones ; 4 - les figures 3, 4, 5, 6 et 7 illustrent certains algorithmes de validation des consignes candidates ; - et la figure 8 représente le dispositif utilisé et les interactions entre ses constituants. Le procédé conforme à l'invention comprend trois étapes principales représentées à la figure 1. La première étape 101 est une génération de consignes ou de codes de freinage au moyen d'un algorithme de logique floue. La deuxième étape 102 est une étape de validation des consignes 10 produites par la première étape 101 et dites consignes candidates. La troisième étape 103 est une implantation des consignes validées à la deuxième étape 102 sur un calculateur de véhicule, chargé de commander le système de freinage. D'après la figure 8, la première étape 101 est accomplie sur un dispositif 15 104 de calculateur équipé d'un processeur permettant d'accomplir des opérations en logique floue. Ses résultats sont transmis à un dispositif de stockage 105 contenant une base de données 106 de consignes candidates et une base de données 6 de consignes validées, et ils sont inscrits comme consignes candidates dans la première de ces bases de données. 20 Le dispositif de stockage est ensuite apporté à un dispositif 107, éventuellement distinct du précédent, qui effectue des calculs algorithmiques de validation des consignes candidates et les transcrit dans la base de données 6 après les avoir validées. L'opérateur pourra alors inscrire le contenu de la base de données 6 dans une mémoire 108 d'un calculateur 109 d'une partie de commande 110 d'un système de 25 freinage 112, comprenant encore une partie mécanique 111 régie par la partie de commande 110. La première étape 101 peut être menée en laboratoire sur un simulateur de freinage ou un simple calculateur équipé d'un réseau 1 de neurones 2 qu'on décrira succinctement au moyen de la figure 2. Des paramètres d'un premier jeu, 30 prenant des valeurs notées xi, sont fournis à des neurones 2 d'une couche d'entrée 3 du 5 réseau 1. Les neurones 2 sont, d'une manière générale, des processeurs logiques aptes à traiter les signaux d'entrée qu'ils reçoivent et à transmettre des signaux de sortie correspondant aux processus logiques à d'autres neurones 2, appartenant en principe à des couches suivantes du réseau 1, dite couches intermédiaires 4, et qui combinent les 5 signaux de sortie des neurones 2 des couches précédentes de diverses manières. De manière typique, mais non limitative, les processus faits par les neurones 2 de la couche d'entrée 3 peuvent comprendre des pondérations par des coefficients numériques ou des discriminations d'après des valeurs de seuil, et les combinaisons peuvent comprendre des opérations logiques (ET, OU, etc.), des combinaisons numériques, ou autres. Les réseaux 1 10 de neurones concrets peuvent comporter autant de couches intermédiaires 4 de neurones 2 que nécessaire, qui combinent les signaux de sortie des couches précédentes suivant le même principe. Ils comprennent une couche de sortie 5, pouvant comprendre ici un seul neurone 2, dont le signal de sortie y correspond à la consigne de freinage candidate, c'est-à-dire une fonction de pression de fluide de freinage pour un système de 15 freinage hydraulique, ou le courant de commande d'un moteur électrique pour un système de freinage électrique, ou plus généralement de force de freinage, à appliquer au frein en fonction du temps. En variante, la sortie comporte un nombre de neurones 2 égal ou sensiblement égal au nombre de bits du bus de commande (sortie) d'un calculateur du système de freinage sur lequel le logiciel de freinage doit être implémenté. Par exemple, 20 la dernière couche de neurones 2 comprend alors 8, 16, 32, 64 ou 128 neurones. Les paramètres du premiers jeu peuvent comprendre certaines au moins des indications : - x1 du modèle du véhicule (poids, dimensions, caractéristiques des roues, etc.) 25 - x2 du modèle du frein ou de sa nature (sur roue avant ou arrière, frein de conduite normal ou frein de stationnement ; ce dernier est typiquement commandé à une intensité de freinage conventionnelle), - x3 de commande de freinage et notamment d'actionnement sur la pédale de frein (force, brusquerie, durée, etc.) ; ou d'actionnement du levier d'un frein de 6 stationnement, pour faire participer celui-ci à un freinage d'urgence ou de secours, éventuellement, - x4 de mouvement du véhicule (vitesse sur route ou vitesse de rotation des roues, accélération, braquage du volant, angle de lacet, etc.), - x5 d'environnement extérieur (température, adhérence sur route, localisation du véhicule pour corriger une vitesse excessive, etc.) donnant des indications du milieu extérieur, du véhicule ou de leur interaction, - x6 de tout capteur d'état du véhicule, y compris du système de freinage (pression des pneus, niveau de liquide de frein, usure des freins, tension ou charge de la 10 batterie, etc.), - x7 de répartition et de gestion des ressources d'énergie immédiatement disponibles pour commander le véhicule, pour éventuellement les modifier au profit du processus de freinage ; ce dernier aura en effet priorité sur d'autres systèmes, comme l'amortissement, pour l'allocation de pression d'huile ; un autre cas 15 important est celui des véhicules électriques ou hybrides à freinage régénératif, où le freinage doit être adapté au moteur électrique ou à l'alternateur utilisé pour décélérer, - xs d'historique de conduite ou de freinage pour tenir compte d'événements passés (freinages immédiatement précédents ou autres paramètres de conduite qui peuvent donner une indication sur l'état de la route ou nécessiter une 20 application d'anti-blocage (ABS) par exemple, et aussi permettre d'évaluer la température du frein ou celle de l'alternateur responsable de la décélération, - x9 de style de freinage ou de conduite (freinage fin, progressif ou brusque, caractéristiques du conducteur ou ses préférences pour une conduite confortable ou au contraire nerveuse, etc.). De même, les caractéristiques de freinage 25 effectif particulièrement efficaces, de préférence classées, par exemple en freinage de confort, freinage d'urgence, ralentissement, arrêt, freinage d'urgence, sont présentées au réseau 1 de neurones pour bénéficier de ses capacités d'auto-apprentissage. Tous les paramètres envisageables pourront être introduits dans le réseau 1 et pris en compte de diverses manières très différentes, ce qui justifie l'intérêt 30 de ce processus. On pourra notamment recourir à tout capteur présent sur le véhicule et 7 apte à fournir un signal au calculateur associé au freinage. Les couches intermédiaires 4 du réseau 1 façonnent peu à peu les consignes candidates y. Les consignes pourront être obtenues soit pour les freins habituellement chargés du freinage, soit pour le frein de stationnement, pour lui faire assurer soit sa fonction normale comme les autres freins à vitesse importante du véhicule, soit le faire participer à un freinage de secours à faible vitesse du véhicule, qui indique une situation de stationnement et d'arrêt. La deuxième étape 102 du procédé de la figure 1 est relative à la validation des consignes candidates obtenues d'après ce qui précède. Chaque consigne 10 candidate y obtenue précédemment peut être validée de plusieurs manières, qu'on peut d'ailleurs cumuler entre elles, ce qui est représenté à la figure 3. Les modes de validation sont de nature algorithmique et peuvent comprendre des algorithmes d'analyse 7, des algorithmes d'essai 8 et des algorithmes de système expert 9. Les résultats de ces différents algorithmes sont fournis à un module de décision 10 qui peut produire une 15 décision de validation 11 (en principe si les résultats de tous les algorithmes sont favorables) ou au contraire une décision de rejet 13. Cette dernière peut toutefois être précédée d'une étape de tentative de correction 12 de la consigne candidate y, qu'on refait ensuite repasser sous forme de consigne corrigée y' au moins par les algorithmes 7, 8 et 9 où la consigne a échoué avant correction. En cas de nouvel échec par le module de 20 décision 10, le rejet 13 est définitif. Il est à noter qu'un auto-apprentissage 14 peut également être pratiqué en cas de rejet. Il peut consister en les opérations résumées à la figure 7 : on recherche les consignes validées précédemment, et enregistrées dans une base de données 6, qui sont analogues à la consigne y qu'on vient de rejeter, par des calculs de similitude ou de 25 distance mathématiques (étape 15); on extrait le cas échéant un sous-ensemble des consignes de la base de données 6 dont les similitudes avec la consigne rejetée sont suffisantes (étape 16); les consignes du sous-ensemble sont à nouveau soumises aux algorithmes de validation 7, 8 et 9 (étape 17); elles sont maintenues dans la base de données 6 en cas de renouvellement de la validation (étape 18) ou retirées de la base de 30 données 6 sinon (étape 19). 8 On passe au commentaire de la figure 4 pour détailler un algorithme d'analyse 7. La consigne candidate y est vérifiée successivement selon divers critères, comme des exigences réglementaires ou des normes (étape 20), des exigences techniques de compatibilité avec le système de freinage (étape 21 ou des exigences d'interaction avec les autres systèmes (allocation des ressources, etc.) (étape 22), et des exigences ou attentes des clients, sur le style de freinage souhaité par exemple (étape 23). Si la consigne candidate y traverse ces examens avec succès, elle est validée (étape 24), ou rejetée sinon (étape 25). Ces différentes exigences peuvent être vérifiées dans un ordre quelconque, étant indépendantes les unes des autres, et elles peuvent être 10 complétées par d'autres vérifications. Un algorithme d'essai 8 par simulation de situations de freinage peut appliquer la consigne candidate y à un modèle du système en même temps que des signaux représentatifs d'un second jeu de paramètres du véhicule ou de son environnement, qui caractérisent certaines situations de freinage jugées comme 15 importantes. Le second jeu de paramètres peut comprendre ou non des paramètres déjà présents dans le premier jeu, utilisé dans l'étape précédente 101. Ces paramètres du second jeu peuvent encore être représentatifs de signaux de capteurs présents dans le véhicule, ou d'autres indications. On cherche à être exhaustif, c'est-à-dire à recréer toutes les situations plausibles ou possibles. 20 La description d'un algorithme à système expert 9 sera maintenant donnée au moyen de la figure 5. Le système expert 26 proprement dit comprend un simulateur de signaux de capteurs 27 du véhicule, un calculateur 28 et un analyseur 29, et il interagit avec un modèle de commande de frein 30 et des modèles d'autres systèmes 31 du véhicule, qui sont typiquement des systèmes interagissant avec le système de 25 freinage. Le simulateur de signaux de capteur 27 et le calculateur 28 fournissent leurs signaux de sortie au modèle de commande de frein 30 et au modèle d'autres systèmes 31. Et le modèle de commande de frein 30, qui est soit le dispositif physique lui-même, soit une simulation de ce dispositif sur un ordinateur, fournit des signaux représentatif du freinage au calculateur 28 et à l'analyseur 29. 9 Le calculateur 28 peut transmettre notamment la consigne ou une succession de consignes candidates y au modèle de commande de frein 30 pour simuler un situation de freinage, qui est aussi définie par le simulateur de signaux de capteurs 27. Les résultats du modèle de commande de frein 30 fournis au calculateur 28 permettent d'ajuster la consigne de freinage et l'analyseur 29 vérifie que le freinage est satisfaisant. Le modèle des autres systèmes 31 indique si le freinage se déroule de façon satisfaisante pour ces derniers aussi. Le procédé peut comprendre les étapes principales suivantes, représentées à la figure 6. On peut procéder d'abord à une vérification de situations 10 critiques (étape 32), représentées par des valeurs particulières fournies par le simulateur de signaux de capteur 27 et le calculateur 28. Si l'analyseur 29 conclut que le freinage est satisfaisant, on peut alors procéder à une vérification de problèmes détectés par le modèle des autres systèmes 31, et qui peuvent être des excès de freinage menant à une surchauffe, ou une instabilité de trajectoire par exemple (étape 33). Enfin, une dernière 15 vérification importante peut comprendre des variations de paramètres (étape 34), c'est- à-dire que le procédé est répété avec des valeurs différentes des signaux fournis par le simulateur 27 dans les plages de valeurs que ces signaux peuvent prendre. Le choix de ces valeurs différentes peut être aléatoire, ou guidé par des détections de problèmes potentiels par l'analyseur 29 ou le modèle 31. Si les vérifications sont toutes concluantes, 20 une validation de la consigne candidate y est encore faite, sinon un rejet (étape 35 ou 36). Comme avec l'algorithme d'essais 8, on procède ici à des simulations de situations de freinage, mais avec une interactivité entre le calculateur et le modèle de commande du frein, et une mesure d'influence sur d'autres systèmes. Cette deuxième étape 102 principale du procédé peut être rendue plus 25 efficace en appliquant aussi les consignes candidates y à d'autres modèles de véhicule ou de système de freinage (étape 37 de la figure 3) une fois qu'elles sont validées. Les algorithmes 7, 8 et 9 seront recommencés pour ces autres modèles. Les consignes correspondantes, notées y ", pourront toutefois être identiques aux consignes y juste validées. Il est bien entendu que la mise en oeuvre de validation/détection des erreurs 30 dans les logiciels de freinage élaborés sans mise en oeuvre de logique floue (écriture du 10 programme par un opérateur humain, avantageusement utilisant un atelier logiciel) ou par une logique algorithmique par le système expert des figures 5 et/ou 6 ne sort pas du cadre de la présente invention. La troisième étape 103 principale du procédé consiste en une inscription (« flash ») des consignes de freinage validées dans la mémoire du calculateur associée au système de freinage. Cette étape n'implique pas de difficulté particulière puisqu'elle ne diffère pas des inscriptions de consignes déjà pratiquées pour les systèmes de freinage à commande numérique (brake by wire en terminologie anglo-saxonne). On espère donc obtenir des freinages plus efficaces, grâce à la logique 10 floue, qui permet de traiter un nombre presque illimité de paramètres d'entrée, et à l'auto-apprentissage, et tout aussi sûrs qu'avec des procédés actuels, grâce à la validation rigoureuse de la deuxième étape, en appliquant l'invention. L'invention s'applique aux systèmes de freinage avec un conducteur humain ainsi qu'aux systèmes de freinage assisté par des détecteurs et calculateurs et aux 15 systèmes de freinage des véhicules autonomes. 11 NOMENCLATURE 1 Réseau de neurones 2 Neurone 3 Couche d'entrée 4 Couches intermédiaires 5 Couche de sortie 6 Base de données 7 Algorithme d'analyses 8 Algorithme d'essais 9 Système expert 10 Décision 11 Validation 12 Correction de consigne déjà proposée ? 13 Rejet 14 Auto-apprentissage 15 Evaluation de distance 16 Extraction d'un sous-ensemble 17 Algorithmes de validation 18 Maintien 19 Suppression 20 Exigences réglementaires 21 Exigences de compatibilité (système de freinage) 22 Exigences de comptabilité (autres systèmes) 23 Exigences du client 24 Validation 25 Rejet 26 Système expert 27 Simulateur de signaux 28 Calculateur 12 29 Analyseur 30 Modèle de commande de frein 31 Modèle d'autres systèmes 32 Vérification de situations critiques 33 Vérification de détection de problèmes 34 Variations des paramètres Validation 36 Rejet 37 Autres modèles 101 Première étape 102 Deuxième étape 103 Troisième étape 104 Dispositif à processeur de logique floue 105 Dispositif de stockage 106 Base de données de consignes candidates 107 Dispositif de validation algorithmique 108 Mémoire 109 Calculateur 110 Partie de commande de frein 111 Partie mécanique de frein 112 Système de freinage x1 à x9 Paramètres d'entrée y, y', y" REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication d'un système de freinage (112) pour un véhicule, comprenant une partie mécanique (111) et une partie de commande (110) dans laquelle un calculateur (109) applique en temps réel des consignes de freinage à la partie mécanique en fonction de signaux de commande fournis audit calculateur, comprenant les étapes suivantes : - génération de consignes de freinage candidates (y) sur un dispositif équipé d'un processeur (104) de logique floue en fonction d'un premier jeu de 10 paramètres (x) de situations de freinage ; - validation ou rejet des consignes de freinage candidates (y) en appliquant au moins un algorithme de décision (7, 8, 9) par un dispositif (107) de calcul algorithmique ; - implantation des consignes de freinage candidates qui ont été validées 15 sur le calculateur (109) de la partie de commande (110). 2) Procédé de fabrication d'un système de freinage (112) pour un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur de logique floue est un réseau (1) de neurones (2). 3) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une 20 quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend des paramètres de modèle du véhicule et/ou du système de freinage (x1, x2). 4) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend des paramètres de commande de freinage (x3). 25 5) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend des paramètres de mouvement du véhicule (x4). 6) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres 30 comprend des paramètres d'état du véhicule et/ou d'environnement extérieur (x5, x6). 14 7) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend des paramètres d'allocation ou de répartition de ressources énergétiques entre le système de freinage et d'autres systèmes du véhicule (x7). 8) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend d'historique de conduite et/ou de freinage (x8). 9) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier jeu de paramètres comprend des paramètres de style de freinage et/ou de style de conduite (4. 10) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'algorithme de décision (7) comprend une vérification d'exigences réglementaires (20), techniques (21, 22) et/ou associées à un conducteur (23). 11) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'algorithme de décision (8, 9) comprend une analyse de résultats d'application des consignes candidates à des simulation de situations de freinage exprimées par un second jeu de paramètres. 12) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend des variations (34) des paramètres du second jeu dans des plages de simulation. 13) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'algorithme de décision comprend une détection de problèmes (33) apparaissant sur le véhicule hors du système de freinage après avoir appliqué les consignes candidates (y). 14) Procédé de fabrication d'un système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'algorithme de décision comprend une étape d'auto-apprentissage (14), consistant en des réévaluations de consignes précédemment validées, en cas de rejet d'une consigne candidate jugée comme similaire auxdites consignes précédemment validées. 15 15) Système de freinage caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 16) Véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un système de freinage fabriqué selon la revendication précédente.