Brevet FR3149851A1 — publié le 20241220

L’invention porte sur un procédé de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis (5) d’un véhicule automobile (1). L’invention concerne également un dispositif (100) mettant en œuvre un tel procédé ainsi qu’un véhicule (1) automobile comprenant un tel dispositif. Figure pour l’abrégé : 1 Procédé et dispositif de gestion du fonctionnement d’un actionneur de châssis d’un véhicule automobile en fonction de l’angle de dérive du véhicule Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine des systèmes embarqués à bord des véhicules pour gérer leur fonctionnement au cours de la conduite. L’invention porte en particulier sur un procédé de gestion, par un dispositif informatique embarqué à bord d’un véhicule automobile, du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis du véhicule. L’invention concerne également un dispositif mettant en œuvre un tel procédé. L’invention s’applique aux véhicules automobiles tels que les véhicules terrestres à moteur, notamment les voitures. État de la technique antérieure On sait que l’angle de dérive d’un véhicule détermine directement la stabilité du véhicule durant la conduite, autrement dit sa tenue de route. Aussi, lorsque l’on souhaite développer des systèmes d’aide à la conduite efficients et sûrs, il convient de pouvoir tenir compte de ce paramètre crucial qu’est l’angle de dérive. Or, jusqu’à présent, on détermine généralement l’angle de dérive d’un véhicule en équipant le véhicule de moyens de détection évolués, par exemple plusieurs antennes GPS, des capteurs de vitesse des roues et/ou une centrale inertielle. Cependant, diverses incertitudes affectent l'estimation de l'angle de dérive, notamment le bruit des mesures des capteurs. Pour remédier à cela, les constructeurs ont été amenés à développer des méthodes d’estimation permettant d’estimer les variables d’état d’un système sur la base de mesures obtenues au moyen des capteurs. Cependant, les systèmes non linéaires sont soumis à des incertitudes, des perturbations et des bruits de mesure, ce qui rend le problème de l'estimation d'état difficile. Les méthodes d'estimation d'état basées sur la commande par mode glissant ont été largement étudiées dans la littérature scientifique. Ces méthodes sont robustes face aux incertitudes et aux perturbations, mais elles peuvent souffrir de phénomènes de "chattering", ce qui peut entraîner une dégradation des performances. D'autre part, les méthodes d’observation conventionnelle, comme le filtre de Kalman ou ses variantes, offrent une grande précision dans l'estimation d'état, mais peuvent ne pas être robustes face aux incertitudes et aux perturbations. L’invention vise à pallier ces inconvénients. Elle a en particulier pour but de fournir une solution pour pouvoir déterminer plus précisément l’angle de dérive d’un véhicule automobile au cours de la conduite. Plus spécifiquement, l’invention a pour objectif de fournir un procédé et un système qui solutionnent le problème de l'estimation d'état(s) des systèmes dynamiques variant dans le temps et/ou non linéaires qui sont soumis à des incertitudes, des perturbations et des bruits de mesure . Par ce biais, l’invention a pour objectif de contribuer à la fourniture de systèmes d’aide à la conduite de véhicules automobiles plus efficients et plus sûrs. Pour atteindre ces objectifs, l’invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de gestion, par un dispositif informatique embarqué à bord d’un véhicule automobile, du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis du véhicule, le procédé comprenant les étapes de : obtenir des données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule ; alimenter un module de détermination dudit dispositif avec les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule afin d’obtenir des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule, ledit module de détermination opérant sur la base d’une modélisation de la dynamique de mouvement du véhicule qui établit un premier état défini par un modèle de type « super-twisting » et un deuxième état défini par un modèle d’observateur à mode glissant ; et gérer le fonctionnement dudit actionneur en fonction des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule. Selon une variante, le module de détermination peut utiliser un modèle bicycle pour ladite modélisation. Selon une autre variante, les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule peuvent contenir des données caractérisant la rigidité de dérive des roues avant, des données caractérisant la rigidité de dérive des roues arrière, des données caractérisant la masse du véhicule, des données caractérisant le moment d’inertie du véhicule, des données caractérisant la vitesse longitudinale du véhicule, des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule et des données caractérisant l’angle aux roues de l’essieu avant. Selon encore une autre variante, le module de détermination peut utiliser un modèle cinématique pour ladite modélisation. Selon encore une autre variante, les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule peuvent contenir des données caractérisant la vitesse transversale du véhicule, des données caractérisant l’accélération transversale du véhicule et des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis d’un véhicule automobile, le dispositif comprenant au moins une unité de traitement d’informations, comprenant au moins un processeur, et un support de stockage de données configurés pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit ci-dessus. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé tel que décrit ci-dessus lorsque ledit programme est exécuté par au moins un processeur. Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un support utilisable dans un ordinateur sur lequel un programme tel que décrit ci-dessus est enregistré. Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un véhicule automobile qui embarque un dispositif tel que décrit ci-dessus. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : est une illustration schématique d’un véhicule automobile selon l’invention ; est un diagramme fonctionnel d’un dispositif selon l’invention ; et est un organigramme des étapes d’un procédé selon l’invention. Description détaillée de l’invention La illustre schématiquement un véhicule automobile 1 selon l’invention. Celui-ci comprend un dispositif 100 de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis d’un véhicule automobile au sens de la présente invention, tel que décrit ci-dessous, qui met en œuvre un procédé de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur d’un véhicule automobile au sens de la présente invention, tel que décrit plus bas. Lors de la mise en œuvre du procédé, le dispositif 100 selon l’invention obtient dans un premier temps des données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule, en interagissant pour ce faire au moyen d’un réseau de communication filaire du véhicule (e.g. CAN, Ethernet) – matérialisé par les flèches à double sens – avec, par exemple, un capteur d’angle volant 2 (ou d’angle des roues avant), un capteur de lacet 3 ou une centrale inertielle 4 agencés dans le véhicule. Et c’est à partir de ces seules données que le dispositif 100 selon l’invention détermine avantageusement des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule, en fonction desquelles il gère le fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis 5 du véhicule. C’est ainsi que l’on permet la fourniture de systèmes d’aide la conduite de véhicules automobiles plus efficients et plus sûrs. Le dispositif 100 de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis d’un véhicule automobile selon l’invention est illustré sur la . Il s’agit fondamentalement d’un appareil informatique qui comprend au moins une unité de traitement d’informations 101, comportant un ou plusieurs processeurs, un support de stockage de données 102, sur lequel est notamment enregistré un programme qui comprend des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’invention décrit plus loin, et une interface d’entrée et sortie 103 permettant la réception et l’émission de données. De manière avantageuse, le dispositif 100 selon l’invention comprend également un module de détermination 104, qui, comme on le verra plus en détail dans la suite, fonctionne sur la base d’une modélisation de la dynamique de mouvement du véhicule qui, entre autres, établit un premier état défini par un modèle de type « super-twisting » et un deuxième état défini par un modèle d’observateur à mode glissant. Préférentiellement, le dispositif 100 selon l’invention est hébergé sur un calculateur indépendant et il interagit par le biais de son interface d’entrée et sortie 103 et au moyen d’un réseau de communication filaire du véhicule (e.g. CAN, Ethernet) – matérialisé sur la par les flèches à double sens – avec le capteur d’angle volant 2, le capteur de lacet 3 et la centrale inertielle embarqués à bord du véhicule 1 selon l’invention. Alternativement, le dispositif 100 selon l’invention fait partie intégrante d’un calculateur du système d’aide à la conduite (non représenté) du véhicule 1. Selon l’invention, tous les éléments décrits ci-dessus contribuent pour permettre la mise en œuvre, à bord d’un véhicule automobile, d’un procédé de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis du véhicule, tel que décrit ci-dessous en lien avec la . La illustre au moyen d’un organigramme les étapes du procédé selon l’invention. Selon une première étape 301 du procédé selon l’invention, le dispositif 100 selon l’invention obtient des données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule, en utilisant pour ce faire son support de stockage de données sur lequel certaines de ces données sont enregistrées ou en interagissant avec le capteur d’angle volant 2, le capteur de lacet 3 et/ou la centrale inertielle 4 afin d’obtenir en temps réel une autre partie de ces données. Plus spécifiquement, en fonction de l’un des deux modes de réalisation décrits ci-dessous, les données obtenues au cours de cette première étape 301 du procédé contiennent des données caractérisant la rigidité de dérive des roues avant, des données caractérisant la rigidité de dérive des roues arrière, des données caractérisant la masse du véhicule, des données caractérisant le moment d’inertie du véhicule, des données caractérisant la vitesse longitudinale du véhicule, des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule, des données caractérisant l’angle aux roues de l’essieu avant, des données caractérisant la vitesse transversale du véhicule, des données caractérisant l’accélération transversale du véhicule et/ou des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule. Ensuite, selon une deuxième étape 302 du procédé selon l’invention, le dispositif 100 selon l’invention alimente son module de détermination 104 avec les données obtenues au cours de l’étape précédente 301 afin d’obtenir des données caractérisant un l’angle de dérive du véhicule. Comme on va le voir, le module de détermination 104 opère avantageusement sur la base d’une modélisation de la dynamique de mouvement du véhicule qui établit un premier état défini par un modèle de type « super-torsion » (de l’anglais « super-twisting ») et un deuxième état défini par un modèle d’observateur à mode glissant. En effet, les observateurs par mode glissant se caractérisent par leur robustesse vis-à-vis d'une catégorie de perturbations et par la convergence en temps fini de la surface glissante vers zéro. La convergence en temps fini est un attribut avantageux pour les estimateurs par mode glissant, car elle permet une estimation précise des états inconnus d’un système physique qui peut être utilisée à des fins de commande de système et/ou de surveillance. Du point de vue mathématique, l’estimation d’états par le module de détermination 104 se décompose en deux parties au moyen de deux équations qui définissent la dynamique généralisée d’un système variable dans le temps, à savoir : (1) (2) où sont les états, est l'entrée de contrôle, est la sortie mesurée. Les fonctions non linéaires variant dans le temps sont connues. Ainsi, en référence au tableau mentionné à la fin de la description qui décrit les variables ici mentionnées, le module de détermination 104 se base sur une modélisation telle que : (3) (4) avec (6) Les gains de l’estimateur doivent être tous positif. Ils sont déterminés en résolvant un ensemble d'inégalités matricielles linéaires (LMI). La dynamique des erreurs d’estimation sont définies tel que : (9) Cette modélisation garantit que la trajectoire de la surface de glissement converge vers zéro au fil du temps en fonction d'au moins une mesure de signal d'entrée et de sortie du système (règle d'observabilité pour les estimateurs de mode de glissement). L’erreur (la surface glissante) et sa dérivée première convergent vers zéro en temps fini c’est-à-dire . Ce qui donne la relation suivante : D’où on obtient On obtient donc . En considérant maintenant que est soustrait de , on a : (13) On s’appuie ici sur le fait que et sur le résultat de La conception de l'observateur est basée sur la théorie de la stabilité de Lyapunov, en considérant une fonction candidate de Lyapunov telle que : (14) (15) Enfin Lorsque . De ce fait, converge en temps fini. Ainsi, l’état est estimé en temps fini. Une telle convergence en temps fini est difficile dans les systèmes à variation temporelle (les équations et ) utilisant tout autre principe connu. De plus, cette modélisation sur la base de laquelle opère le module détermination 104 permet avantageusement capable d’estimer l’angle de dérive de différents types de véhicules, y compris les voitures particulières, les camions et les bus, dans différentes conditions de conduite, notamment en ligne droite, dans les virages et lors des manœuvres d'urgence. Selon un premier mode de réalisation, le module de détermination 104 utilise un modèle bicycle. On a donc : (18) (19) Et d’autre part, (21) (22) Selon un deuxième mode de réalisation, le module de détermination 104 utilise un modèle cinématique. On a donc : (24) (25) où et sont les accélérations longitudinales et transversales. La représentation d’état du modèle du système à observer s’écrit alors : (26) (27) avec la vitesse du véhicule, l’accélération sur l’axe longitudinal, la vitesse latérale du véhicule, l’accélération latérale et ou la vitesse de lacet. Le modèle cinématique n’implique pas explicitement les forces latérales des trains, ce qui traduit une hypothèse forte sur le modèle du pneu choisi lors d’une analyse de comportement dynamique d’un véhicule. Le point fort de ce modèle réside dans son utilisation de grandeurs facilement accessibles, fournies par des capteurs présents sur tous les véhicules, notamment des centrales inertielles, des capteurs de vitesse de roue et des GPS. On obtient ainsi : (28) (29) Aussi, on a : (31) (32) L'observateur d’angle de dérive utilisant le modèle cinématique s’écrit donc : (34) (35) Avec (37) La dynamique en mode glissant de l'erreur de vitesse est obtenue grâce à la relation ci-dessous (38) La trajectoire de l’erreur et sa dérivée première convergent vers l’origine en temps fini. Ce qui permet de déduire Il s’en suit : Ce terme de correction est utilisé dans l'équation de l'observateur (Eq. (35)), sachant que Puisque l’erreur et sa dérivée première convergent vers l’origine en temps fini, on a : L’équation (41) devient donc lorsque On peut ainsi déduire la valeur du vecteur d’état, soit les vitesses longitudinales et latérales. Une fois les deux composantes de la vitesse (la vitesse longitudinale et la vitesse latérale) estimées, l’estimation de l’angle de dérive est obtenue par (approximation des petits angles) : (45) Des tests ont démontré l’efficacité de ces modélisations mises en œuvre par le module de détermination 104 pour estimer les vitesses longitudinale et latérale , et l’angle de dérive du véhicule, avec une erreur maximale entre la mesure et l’estimation de l’ordre de 0.5 m/s. On a également observé que ces modélisations sont plus performantes que celles basées sur d’autres filtres non liés (UKF : filtre de Kalman sans parfum et le PF : filtre à particulaires). En outre, ces modélisations sont aussi plus faciles à mettre en œuvre. L’avantage de ces modélisations (observateur par mode glissant) permettant de connaître en temps réel l’angle de dérive se traduit par le fait que les performances de l'observateur et la précision de l'estimation ne dépendent pas forcément du modèle de véhicule utilisé car la dynamique du mode glissant compense les dynamiques du système. Enfin, selon une troisième étape 303 du procédé selon l’invention, le dispositif 100 selon l’invention gère le fonctionnement de l’actionneur de châssis 4 en fonction des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule obtenues lors de la mise en œuvre de l’étape précédente du procédé. Ainsi, grâce au procédé et au dispositif selon l’invention décrits ci-dessus, une solution est fournie pour pouvoir déterminer de manière plus précise l’angle de dérive d’un véhicule automobile au cours de la conduite. Grâce à ces moyens, l’invention contribue ainsi avantageusement à la fourniture de systèmes d’aide à la conduite de véhicules automobiles plus efficients et plus sûrs dans tous les types de véhicules. On identifie ci-dessous aux fins de clarté toutes les variables utilisées dans la description qui précède. Angle aux roues de l’essieu avant Angle aux roues de l’essieu arrière Vitesse de lacet réalisée par le système de braquage avant Vitesse de lacet réalisée par le système de braquage arrière Vitesse de lacet réalisée par le torque vectoring masse du véhicule Empattement du véhicule Hauteur du centre de gravité au point de contact des roues au sol Constante gravitationnelle Gain adaptatif correcteur SMC Vitesse de lacet correspondant à une trajectoire donnée Accélération ligne du véhicule Accélération transversale du véhicule Rigidité longitudinale de l’essieu avant Rigidité longitudinale de l’essieu arrière Rayon dynamique de la roue Inertie totale de l’essieu avant / Inertie totale de l’essieu arrière Inertie équivalente de l’essieu avant / Inertie équivalente de l’essieu arrière Inertie de l’essieu avant / Inertie de l’essieu arrière Inertie de la machine avant / Inertie de la machine arrière Moment d’inertie du véhicule Accélération de lacet mesurée par la centrale inertielle Vitesse de lacet désirée / Vitesse de lacet mesurée Distance entre le centre de masse et l’essieu avant Distance entre le centre de masse et l’essieu arrière Rigidité de dérive des roues avant Rigidité de dérive des roues arrière Glissement maximal Vitesse longitudinale du véhicule Vitesse transversale du véhicule Vitesse moyenne inter-essieu Vitesse de la roue extérieure de l’essieu arrière Jerk longitudinal / Jerk latéral s Variable de Laplace Angle de dérive du véhicule Angle de dérive de l’essieu avant Angle de dérive de l’essieu arrière Angle de dérive des pneumatiques de l’essieu avant Angle de dérive des pneumatiques de l’essieu arrière Demi-voie du véhicule Ecart de glissement inter-essieu théorique Ecart de glissement inter-essieu mesuré Ecart de vitesse inter-essieu cible Ecart de glissement inter-essieu cible Vitesse de l’essieu avant / Vitesse de l’essieu arrière Coefficient de répartition de masse essieu AV/AR Rapport de transmission machine électrique Couple de la machine électrique Glissement de la roue Masse de l’essieu avant / Masse de l’essieu arrière et Force de traction essieu avant / Force de traction essieu arrière Couple curatif Vitesse angulaire de la roue Fonction de transfert entre le couple avant et la vitesse de l'essieu avant Fonction de transfert entre le couple arrière et la vitesse de l'essieu arrière Procédé de gestion, par un dispositif informatique (100) embarqué à bord d’un véhicule automobile (1), du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis (5) du véhicule, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de : obtenir des données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule ; alimenter un module de détermination (104) dudit dispositif avec les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule afin d’obtenir des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule, ledit module de détermination opérant sur la base d’une modélisation de la dynamique de mouvement du véhicule qui établit un premier état défini par un modèle de type « super-twisting» et un deuxième état défini par un modèle d’observateur à mode glissant ; et gérer le fonctionnement dudit actionneur en fonction des données caractérisant l’angle de dérive du véhicule. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu e le module de détermination utilise un modèle bicycle pour ladite modélisation. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule contiennent des données caractérisant la rigidité de dérive des roues avant, des données caractérisant la rigidité de dérive des roues arrière, des données caractérisant la masse du véhicule, des données caractérisant le moment d’inertie du véhicule, des données caractérisant la vitesse longitudinale du véhicule, des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule et des données caractérisant l’angle aux roues de l’essieu avant. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de détermination utilise un modèle cinématique pour ladite modélisation. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que les données caractérisant la dynamique de mouvement du véhicule contiennent des données caractérisant la vitesse transversale du véhicule, des données caractérisant l’accélération transversale du véhicule et des données caractérisant la vitesse de lacet du véhicule. Dispositif (100) de gestion du fonctionnement d’au moins un actionneur de châssis (5) d’un véhicule automobile (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une unité de traitement d’informations (101), comprenant au moins un processeur, et un support de stockage de données (102) configurés pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 lorsque ledit programme est exécuté par au moins un processeur. Support utilisable dans un ordinateur, caractérisé en ce qu’ un programme selon la revendication 7 y est enregistré. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’ il embarque un dispositif (100) selon la revendication 6.