Brevet FR3157335A1 — publié le 20250627

Procédé de commande d’un véhicule automobile à quatre roues directrices, comportant la commande d’un actionneur de braquage des roues arrière par un signal à action directe L’invention concerne un procédé de commande d’un véhicule automobile (10) comportant au moins un actionneur de braquage des roues arrière et, pour chacune des quatre roues du véhicule, un actionneur de freinage différentiel, le procédé comprenant : a/ optimiser les commandes des actionneurs en fonction d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule au moyen d’un procédé d’allocation de commandes ; b/ additionner un signal de commande à action directe δ FFD à la commande de l’actionneur de braquage des roues arrière obtenue à l’étape a/ ; c/ distribuer les commandes aux actionneurs. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Procédé de commande d’un véhicule automobile à quatre roues directrices, comportant la commande d’un actionneur de braquage des roues arrière par un signal à action directe La présente invention concerne le domaine de la commande d’équipements de véhicule automobile. Elle concerne plus précisément un procédé de commande de mouvement de véhicule, ou « vehicle motion control » (VMC) en anglais, le véhicule comportant quatre roues directrices et mettant en œuvre une pluralité d’actionneurs agissant notamment sur l’angle de braquage et sur le freinage différentiel des roues. L’invention concerne également un système de commande configuré pour mettre en œuvre un tel procédé de commande et un véhicule comprenant un tel système de commande. Il est connu de mettre en œuvre des véhicules automobiles dont les quatre roues sont directrices (4RD ou 4WS pour « four-wheel steering » en anglais). Le braquage des deux roues arrière est typiquement mis en œuvre par un unique actionneur mais peut également être mis en œuvre par deux actionneurs distincts, chacun agissant sur l’une des deux roues arrière. Un véhicule automobile comportant quatre roues directrices peut être dirigé plus facilement et possède une meilleure stabilité et une meilleure manœuvrabilité par rapport à un véhicule à deux roues directrices dont seules les roues avant peuvent être braquées. La thèse [1] décrit un système de commande de mouvement d’un véhicule, le véhicule comportant quatre roues directrices ainsi qu’un actionneur de freinage différentiel pour chacune des quatre roues. Le système de commande décrit peut notamment être mis en œuvre pour optimiser les commandes permettant de répartir un moment de lacet souhaité sur les actionneurs de freinage différentiel des quatre roues et sur l’actionneur contrôlant le braquage des roues arrière. La FIG. 1 montre le schéma bloc d’un tel système de commande pour le contrôle de la vitesse de lacet d’un véhicule automobile. Comme illustré, ce système fonctionne en boucle fermée. Tout d’abord, un modèle de référence 1 est utilisé pour déterminer la vitesse de lacet désirée du véhicule , c’est-à-dire de la dérivée temporelle de l’angle de lacet désiré . La vitesse de lacet désirée dépend notamment des actions du conducteur, par exemple sur le volant ou les pédales du véhicule, et/ou des actions d’une unité de commande d’un véhicule en partie ou entièrement autonome. Sans que cela ne soit limitatif, le modèle de référence 1 peut être défini par un modèle bicyclette connu en tant que tel, par un régulateur en boucle fermée ou par tout moyen permettant de définir une consigne de lacet représentative du comportement souhaité. Un contrôleur logiciel de haut niveau 2 détermine un moment de lacet M z correspondant à la vitesse de lacet désirée. Ensuite, une unité d’allocation de commandes 4 met en œuvre un procédé d’allocation de commandes pour déterminer les commandes à optimiser en tenant compte des limitations du châssis 3. Les commandes à optimiser par le procédé d’allocation comprennent la force de freinage (ou force longitudinale) à la roue avant gauche , la force de freinage à la roue avant droite , la force de freinage à la roue arrière droite , la force de freinage à la roue arrière gauche et la force latérale aux roues arrière liée au braquage des roues arrière. Ces commandes sont transmises à des contrôleurs logiciels de bas niveau 5, 6, 7, 8, 9 correspondants qui traduisent ces commandes de forces respectivement en accélérations de freinage Γ b,fl , Γ b,fr , Γ b,rl , Γ b,rr pour chacune des quatre roues avant gauche, avant droite, arrière gauche, arrière droite respectivement, et en angle de braquage des roues arrière δ r . Les actionneurs du véhicule et le véhicule 10 mettent ensuite en œuvre les commandes déterminées par le système de commande. Des capteurs du véhicule permettent de mesurer le mouvement du véhicule, notamment la vitesse de lacet du véhicule qui est comparée à la vitesse de lacet désirée du modèle de référence. Le contrôleur de haut niveau 2 détermine ensuite un nouveau moment de lacet M z à reproduire en fonction de la vitesse de lacet désirée et de la vitesse de lacet mesurée et le procédé d’allocation de commandes se reproduit. Ainsi, le système en boucle fermée tel que décrit met en place une allocation optimale des commandes sur les actionneurs de freinage différentiel agissant chacun sur l’une des quatre roues du véhicule et sur l’actionneur de braquage des roues arrière, dit actionneur quatre roues directrices ou actionneur 4RD. Les commandes envoyées aux différents actionneurs peuvent être calculées par un procédé d’allocation de commandes connu en tant que tel, mettant par exemple en œuvre un algorithme d’optimisation sous contraintes connu en tant que tel. Un exemple d’algorithme d’allocation de commande adapté est un algorithme de type ensemble actif ou « active set algorithm » en anglais tel que décrit dans la thèse [2]. Cet algorithme optimise les commandes en fonction d’une matrice reliant les commandes des actionneurs aux consignes données par le régulateur en boucle fermée. Cette matrice, appelée matrice d’efficacité de commande ou « control effectiveness matrix » en anglais, est déterminée par les équations de la physique du véhicule. Toutefois, les contraintes imposées à l’algorithme peuvent être choisies de sorte que les consignes calculées par celui-ci respectent des critères prédéterminés de prestation, de performance ou encore de sécurité. Selon la thèse [1], les contraintes prises en compte comprennent les contraintes liées aux actionneurs (c’est-à-dire l’amplitude d’action maximale et la rampe maximale de chaque actionneur, la rampe correspondant à la dérivée temporelle de l’amplitude) ainsi que les contraintes physiques liées à l’adhérence des pneus sur la route et aux forces maximales applicables sur les pneus tout en conservant l’adhérence. Ces contraintes liées aux pneus définissent l’ellipse de friction. Selon la thèse [1], l’ellipse de friction est utilisée pour définir la force de freinage maximale qui peut être imposée à chaque roue {i, j} où i identifie l’avant f ou l’arrière r et j identifie le côté gauche l ou le côté droit r du véhicule. Cependant, les inventeurs ont constaté lors de simulations et lors d’essais réels que le système en boucle fermée décrit en référence à la FIG. 1 ne permet pas de contrôler de manière satisfaisante le rayon de braquage du véhicule, notamment à basse vitesse. Il a notamment été constaté que l’écart entre la vitesse de lacet souhaitée pour la dynamique du véhicule et la vitesse de lacet effective n’est pas suffisant pour générer un angle de braquage des roues arrière suffisamment élevé. Le brevet EP 2085293 B1 décrit un dispositif de commande de l’angle de braquage des roues arrière d’un véhicule automobile. Il existe un besoin pour améliorer les procédés de commande de véhicule et les systèmes de commande de véhicule existants, notamment pour améliorer la manœuvrabilité du véhicule. Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention concerne sous un de ses aspects un procédé de commande d’un véhicule automobile comportant au moins un actionneur de braquage des roues arrière et, pour chacune des quatre roues du véhicule, un actionneur de freinage différentiel, le procédé comprenant : a/ optimiser les commandes des actionneurs en fonction d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule au moyen d’un procédé d’allocation de commandes ; b/ additionner un signal de commande à action directe δ FFD à la commande de l’actionneur de braquage des roues arrière obtenue à l’étape a/ ; c/ distribuer les commandes aux actionneurs, où avec où δ f est l’angle de braquage des roues avant, L est l’empattement physique du véhicule, L des est un empattement ressenti désiré du véhicule, l f et l r sont les distances entre le centre de gravité du véhicule et les essieux avant et arrière, respectivement. Comme il est usuel dans l’état de la technique, l’empattement désigne la distance entre les essieux avant et arrière du véhicule. Ainsi, l’utilisation d’un signal de commande à action directe (ou « feedforward » en anglais) qui est additionné à la commande de l’actionneur de braquage en sortie du procédé d’allocation de commandes permet d’améliorer grandement la manœuvrabilité du véhicule grâce à une action supplémentaire sur le braquage des roues arrière. De préférence, l’empattement ressenti désiré L des est défini de sorte à avoir une valeur proche de la valeur réelle L de l’empattement et à reproduire un comportement désiré. Il peut par exemple être compris entre 75% et 125% de l’empattement physique L. Selon un mode de réalisation avantageux, le véhicule comporte en outre un ou plusieurs actionneurs de direction assistée et/ou de direction électrique et/ou un ou plusieurs actionneurs d’entraînement d’une roue. L’invention concerne encore un système de commande d’un véhicule automobile comprenant une unité d’allocation de commandes configurée pour allouer des commandes aux actionneurs du véhicule à partir d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule, l’unité d’allocation de commandes étant configurée pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment. L’invention concerne encore un système de commande d’un véhicule automobile configuré pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment, le système de commande comprenant une unité d’allocation de commandes configurée pour allouer des commandes aux actionneurs du véhicule à partir d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule, le système de commande comprenant en outre une unité de calcul configurée pour additionner le signal de commande à action directe δ FFD à la commande de l’actionneur de braquage des roues arrière du véhicule. L’invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant un système de commande tel que décrit ci-dessus. FIG. 1 La FIG. 1 est un schéma bloc d’un système de commande de mouvement de véhicule de l’art antérieur. FIG. 2 La FIG. 2 est un schéma bloc d’un système de commande de mouvement de véhicule selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 est un graphique représentant le résultat d’une simulation comparant l’évolution de l’angle de braquage des roues arrière d’un véhicule automobile obtenu par un procédé de commande selon l’art antérieur à celui obtenu par un procédé selon l’invention. FIG. 4 La FIG. 4 est un graphique représentant le mouvement du volant du véhicule au cours de la simulation mise en œuvre dans la FIG. 3 . Description détaillée La FIG. 1 a été décrite en préambule et ne sera donc pas commentée ci-après. On a illustré à la FIG. 2 un schéma bloc d’un système de commande mettant en œuvre le procédé de commande selon l’invention. La FIG. 2 diffère de la FIG. 1 en ce qu’un signal de commande à action directe (ou « feedforward » en anglais) δ FFD est déterminé par une unité de calcul 11 et additionné au signal de commande de l’actionneur de braquage du véhicule. La valeur du signal de commande δ FFD est choisie de sorte à reproduire un empattement désiré du véhicule L des . L’empattement L des représente un empattement physique équivalent d’un véhicule à deux roues directrices idéal dont on souhaite reproduire le comportement. Ainsi, on calcule le rayon de braquage R 2RD,des de ce véhicule à deux roues directrices idéal pour un angle de braquage des roues avant donné. Ensuite, on calcule l’angle de braquage des roues arrière du véhicule tel que le rayon de braquage du véhicule R 4RD soit égal au rayon de braquage R 2RD,des du véhicule à deux roues directrices idéal. On obtient d’après les équations de dynamique de véhicule telles que divulguées par exemple dans le livre « Dynamique du véhicule modélisation des systèmes complexes », J.-P. Brossard, Presses Polytechniques Romandes, ISBN 2889150143, 2013, l’expression du rayon de braquage R 4RD du véhicule à quatre roues directrices : où δ r est l’angle de braquage des roues arrière, δ f est l’angle de braquage des roues avant, L est l’empattement physique du véhicule, l f et l r sont les distances entre le centre de gravité du véhicule et les essieux avant et arrière, respectivement. L’angle de braquage des roues arrière est d’amplitude limitée. A titre d’exemple, selon les caractéristiques de l’actionneur considéré, l’angle de braquage maximal des roues arrière peut être inférieur ou égal à 5 ° ou à 3,5°. Il peut en particulier être égal à 5°, soit 0,0873 radian. Cet angle étant petit devant 1, il est possible de considérer que Par conséquent, on obtient Le rayon de braquage R 2RD du véhicule à deux roues directrices idéal dont on cherche à reproduire l’empattement L des peut être exprimé à partir des mêmes équations en considérant que δ r est égal à 0 car les roues arrière ne braquent pas. On obtient Pour déterminer l’angle de braquage δ r des roues arrière permettant de reproduire l’empattement désiré L des , on résout On obtient l’équation du second degré suivante : avec La résolution de cette équation donne deux solutions : On retient la solution δ r2 . Par ailleurs, on souhaite que les roues arrière tournent dans le sens opposé de celui des roues avant. On obtient finalement : Cette valeur est dynamique et recalculée en permanence, de préférence à la fréquence d’actualisation de l’allocation des commandes. A titre d’exemple, δ FFD peut être recalculé toutes les 5 ms, 10 ms ou 20 ms. On a illustré aux figures 3 et 4 les résultats d’une simulation comparant un procédé de commande de véhicule selon l’état de l’art au procédé selon l’invention. La simulation met en œuvre un modèle de véhicule représentatif permettant l’utilisation d’un procédé d’allocation de commandes en boucle fermée. Il s’agit du modèle MADA (modélisation avancée de la dynamique d’une automobile) développé par l’entreprise Renault. La simulation étudie la réponse du véhicule à une séquence de rotations du volant. La FIG. 4 représente l’évolution de l’angle de braquage du volant au cours de la simulation. La FIG. 3 représente la réponse des roues arrière. Sur la FIG. 3 , la courbe dr1 montre l’évolution de l’angle de braquage des roues arrière avec un procédé selon l’art antérieur. Il apparaît que le braquage des roues arrière est très limité et ne permet donc pas d’obtenir une manœuvrabilité satisfaisante du véhicule. En comparaison, la courbe dr2 montre l’évolution de l’angle de braquage des roues arrière avec un procédé selon l’invention. On constate que l’actionneur de braquage des roues arrière répond fortement au braquage du volant lors d’un braquage important de ce dernier. Le braquage des roues arrière atteint rapidement son amplitude maximale, améliorant ainsi de manière très importante la maniabilité du véhicule. Ainsi, cette simulation illustre la capacité du procédé selon l’invention à améliorer la manœuvrabilité du véhicule grâce à une action supplémentaire sur le braquage des roues arrière. D’autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l’invention. En particulier, le procédé selon l’invention peut prendre en compte d’autres actionneurs en plus des actionneurs de freinage différentiel et de l’actionneur de braquage des roues arrière, notamment un ou plusieurs actionneurs de direction assistée et/ou de direction électrique et/ou un ou plusieurs actionneurs d’entraînement d’une roue. Procédé de commande d’un véhicule automobile (10) comportant au moins un actionneur de braquage des roues arrière et, pour chacune des quatre roues du véhicule, un actionneur de freinage différentiel, le procédé comprenant : a/ optimiser les commandes des actionneurs en fonction d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule au moyen d’un procédé d’allocation de commandes ; b/ additionner un signal de commande à action directe δ FFD à la commande de l’actionneur de braquage des roues arrière obtenue à l’étape a/ ; c/ distribuer les commandes aux actionneurs, où avec où δ f est l’angle de braquage des roues avant, L est l’empattement physique du véhicule, L des est un empattement ressenti désiré du véhicule, l f et l r sont les distances entre le centre de gravité du véhicule et les essieux avant et arrière, respectivement. Procédé selon la revendication précédente, le véhicule comportant en outre un ou plusieurs actionneurs de direction assistée et/ou de direction électrique et/ou un ou plusieurs actionneurs d’entraînement d’une roue. Système de commande d’un véhicule automobile (10) configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes, le système de commande comprenant une unité d’allocation de commandes (4) configurée pour allouer des commandes aux actionneurs du véhicule à partir d’une demande de commande représentative d’un moment de lacet désiré du véhicule, le système de commande comprenant en outre une unité de calcul (11) configurée pour additionner le signal de commande à action directe δ FFD à la commande de l’actionneur de braquage des roues arrière du véhicule. Véhicule automobile comprenant un système de commande selon la revendication précédente.