ART ANTÉRIEUR Les systèmes électroniques de freinage ont été introduits sur le marché à la fin des années 60. C'est le secteur de l'aéronautique qui le premier a utilisé ces dispositifs, et ceci afin de résoudre les problèmes techniques causés par l'utilisation des anti-bloqueurs de type mécanique, électromécanique et électro-hydraulique. Des exemples de ces derniers incluent le"max-arrt"de la société Dunlop, le"mini modulator"de la société Messier en Europe, les"anti-skid"des sociétés Bendix et Hydro Air aux États- Unis. Tous ces dispositifs sont généralement appelés"'anti-skid".

Les anti-skid ou anti-bloqueurs, comme leur nom l'indique, ont pour but d'éviter le blocage d'une roue ou de plusieurs roues d'un mobile tel qu'une automobile, un train, un avion etc. que l'on veut arrter. Le fonctionnement consiste, pendant les instants de freinage lorsque la pression est appliquée aux freins, à mesurer par des moyens mécaniques tels que les masselottes, ou électriques tels qu'un capteur de décélération ou de variation de vitesse, la décélération de la roue qui équipe le mobile, et de couper, en fonction d'une certaine décélération, I'alimentation hydraulique appliquée sur le frein de la roue, afin de libérer le mouvement de rotation de la roue et de permettre à celle-ci de reprendre de la vitesse en fonction de l'adhérence au sol. Cette action permet alors au véhicule qui se déplace d'éviter un blocage de la roue, c'est-à-dire l'arrt de la roue et, conséquemment, la destruction du revtement

de la roue (pneus, bandages, etc.) pouvant causer ainsi la perte de contrôle directionnel du mobile.

Pour les avions, l'objectif initial fut de ne pas détruire les pneus et d'éviter les plats sur la bande de roulement, les éclatements ainsi que tous les types de détérioration, par exemple, le glissement du talon du pneu dans la jante, qui auraient pu mettre en danger la sécurité de l'avion lors du freinage au sol aussi bien à l'atterrissage que pendant le roulement.

Pour les trains, l'objectif a été d'éviter les plats sur la bande de roulement en acier, et donc de ne pas créer de facettes sur les roues, ces facettes entraînant l'usure prématurée des roues et des rails, des soubresauts et des bruits aléatoires à chaque tour de roue pendant le roulement, causant ainsi la mise-en-action de fréquences propres mécaniques et la destruction par éclatement de la roue.

A l'origine, ces systèmes ont été développés pour des fins de sécurité.

Toutefois, il est nécessaire de situer dans le temps les mobiles et de prendre en considération un facteur important qui est l'augmentation de la vitesse et du poids de ces derniers, de mme que l'augmentation du nombre de véhicules en circulation. Ces paramètres, combinés aux progrès technologiques, ont contribué à l'évolution des anti-bloqueurs.

Dans le cas des avions, la vitesse d'atterrissage se situe généralement entre 100 et 360 km/h, et leur masse varie entre 8 et 100 tonnes. Pour un train, la vitesse est du mme ordre de grandeur, mais la masse est plus importante et varie grandement en fonction du nombre de wagons composant le train.

Dans les années 60, le seul fait d'éviter le blocage des roues ne résolvait pas de façon optimale le problème posé par le freinage, ce problème étant d'arrter le mobile sur la distance optimale permise par l'adhérence au

sol. Les lois de la physique indiquent que pour atteinre cet objectif, il est nécessaire d'appliquer aux freins une force de freinage en accord avec le maximum permis par la loi d'adhérence à laquelle est soumise la roue, et que par conséquence, la roue ne se bloquera jamais si à chaque instant les lois de la physique sont respectées.

Un dispositif communément appelé Système Perfectionné Anti Dérapant (SPAD), actuellement en service sur les avions de la société Dassault et du Consortium Airbus Industries, a récemment été développé. Le SPAD est un système électronique qui exploite le principe de contrôle du glissement des roues. En théorie, le glissement est en relation avec l'adhérence, et donc le contrôle du glissement est une bonne méthode pour maintenir une roue à un glissement désiré, glissement qui peut tre réglé pour une valeur où la roue évolue au maximum de la courbe d'adhérence, donc à l'efficacité maximum du freinage. Cependant, la difficulté est que le glissement, qui est par ailleurs le résultat de l'équation g = (V-v) N dans laquelle V est la vitesse linéaire du mobile à arrter, et v est la vitesse de la roue à freiner, n'est pas très facile à calculer avec précision et ce, pour les raisons suivantes. En effet, le calcul de la vitesse linéaire V du mobile n'est pas facile à obtenir, que ce soit du point de vue de la précision ou économiquement. En effet, plus la précision est grande, par exemple de l'ordre de 2 à 3%, plus les frais associés à l'obtention d'une telle précision sont élevés. II existe plusieurs techniques pour obtenir la vitesse linéaire V. Les plus connues sont les suivantes : La première consiste à obtenir la vitesse du mobile par rapport au sol en mesurant, à l'aide d'un tachymètre monté sur un dispositif en contact avec le sol (roue non freinée), la vitesse du mobile.

La deuxième mesure la décélération du véhicule à l'aide d'un capteur tel qu'un accéléromètre, puis intègre cette décélération pour réaliser le calcul de la vitesse. Cette façon de procéder suppose un calage précis de

l'accéléromètre et la considération du changement de la position de l'accéléromètre, dans le sens positif ou négatif, en fonction des mouvements du mobile.

La troisième utilise une centrale inertielle qui fournit l'information sur la vitesse du mobile.

La quatrième calcule la vitesse moyenne de toutes les roues freinées, et cette information est transmise à un opérateur de calcul électronique qui calibre la vitesse.

La cinquième calcule, par rapport à une cible, la vitesse à l'aide d'un radar, un laser ou un dispositif télémétrique.

Chacune de ces techniques présente des désavantages importants.

Pour les techniques 2 et 4, la précision de la mesure de la vitesse varie entre 3 à 15%, ce qui est à peine acceptable. La mise en oeuvre de la technique 1 suppose qu'au moins une des roues ou une roue additionnelle est équipée d'une tachymétrie indépendante des roues soumises au freinage. La technique 5 comporte, dans son principe, des incertitudes lorsque la cible est perdue, par exemple en fonction de la densité du brouillard, de l'importance des flaques d'eau, de l'orientation des antennes et des cibles, de l'effet des échos et des brouillages de toute nature, etc. Par ailleurs, le coût de mise en oeuvre des techniques 1 à 3 et 5 est relativement élevé, donc difficilement acceptable pour un système de freinage qui contrôle le glissement des roues pour des secteurs d'application comme l'automobile et les transports terrestres.

On comprend que le coût et l'imprécision de la mesure de la vitesse limite les possibilités des systèmes qui contrôlent le glissement des roues et que, par le fait mme, il est difficile de maintenir les roues à freiner au

glissement optimal, donc à une adhérence optimale, et obtenir ainsi une distance d'arrt optimale.

DANS LES DESSINS La Figure 1 illustre l'allure théorique d'une courbe dite"naturelle" d'adhérence-glissement établie en début de freinage avec une forte décélération de l'essieu ; La Figure 2 illustre une courbe caractéristique d'adhérence-glissement établie en début de freinage (tracé idéalisé) ; La Figure 3 illustre une courbe caractéristique T en fonction du glissement ; La Figure 4 illustre différentes courbes d'adhérence-glissement établies expérimentalement à une vitesse V, de 120 km/h ; La Figure 5 illustre l'influence de la décélération de l'essieu sur la position du sommet B ; La Figure 6 illustre les déformations des courbes T = F (glissement) aux glissements très élevées et prolongés ; La Figure 7 illustre l'évolution de la relation N, en fonction de l'énergie ; La Figure 8 illustre la modification de l'adhérence par le surglissement entretenu ; La Figure 9 illustre une courbe de freinage lors d'un arrt à partir de 180 km/h avec glissement permanent contrôlé ; Les Figures 10a et 10b illustrent un capteur utilisé dans le dispositif de la présente invention ; La Figure 11 illustre un module électronique utilisé dans le dispositif de la présente invention ; La Figure 12 illustre la tension de sortie du capteur (V) vs. de déplacement (pm) ; Les Figures 13a, 13b, 14a et 14b illustrent un frein comprenant un capteur selon la présente invention ; La Figure 15 illustre un détail de la figure 14 ;

La Figure 16 illustre une courbe de la force (N) en fonction de l'entrefer (mm) ; Les Figures 17a et 17b illustrent la position du capteur sur une pédale de frein ; La Figure 18 illustre une situation où un capteur a été mis dans le frein à une pression capable de maintenir un couple constant sur la roue, et où la vitesse initiale Vref de cette roue décroît linéairement de Vref vers une vitesse nulle ; La Figure 19 illustre l'organisation des boucles de contrôle ; La Figure 20 illustre le principe de la régulation de freinage selon la présente invention avec un contrôleur de consigne pédale ; La Figure 21 illustre la loi de consigne dite de couple Cc = F (U1) que doit suivre le frein ; La Figure 22 illustre la loi de mesure du couple de traînée, ou couple de freinage, sur le frein Cf par le capteur de couple ; La Figure 23 illustre t'équation générale de référence du pote qui est en relation avec les équations mathématiques du pneu de la roue et de la suspension ; Les Figures 24a et 24b illustrent une courbe d'adhérence en fonction du taux de glissement de la roue, et différentes courbes de contrôle de consigne pédale ; Les Figures 25a et 25b illustrent des exemples de fonction de transfert du régulateur (gain et phase) ; La Figure 26 illustre la composition du dispositif électronique selon la présente invention ; Les Figures 27 et 28 illustrent le calcul de la vitesse longitudinale VL à partir des informations de vitesse de la roue, couple de freinage, distance parcourue et masse du véhicule ; et La Figure 29 illustre la variation des éléments du système lors d'un freinage.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION La présente invention concerne un nouveau système de freinage désigné sous le nom IBS (Intelligent Braking System), qui permet de maintenir le couple de freinage au maximum permis par l'adhérence à laquelle est soumise la roue, et donc de pouvoir obtenir l'efficacité maximum de freinage.

Pour bien situer l'objet de l'invention, les équations de base qui régissent le freinage sont fournies ci-dessous, de mme que la définition conventionnelle de l'adhérence ainsi que les paramètres qui influencent l'adhérence. Les paramètres et équations de base sont les suivantes.

P est la charge sur le sol de l'essieu à l'état dynamique ; M est la masse sur le sol du véhicule ; g est le glissement de la roue par rapport au sol ; Fe est la force de freinage d'un essieu ramenée à la jante et relative aux freins utilisant l'adhérence sol-roue ; F est la somme des Fe pour le véhicule ; r est le rayon de la roue ; I est le moment d'inertie polaire de l'essieu ; m est la somme des l/r2 pour le véhicule ; Re est la réaction de la route sur I'essieu ou traînée ; R est la somme des Re pour le véhicule ; v est la vitesse circonférentielle de la roue ; Vt est la vitesse de translation du véhicule ; Yv est la décélération du véhicule, ou dVt/dt ; Yr est la décélération de la roue, ou dv/dt ; et Ra est la résistance à l'avancement du véhicule ; L'équation fondamentale du freinage est Re =Fe (1/ru) dv/dt Dans une phase de freinage, lorsque l'essieu ne glisse pas, l'équation est

Re = Fe- (I/r2) dv/dt Pour le véhicule M * Yv = R + Ra Dans une phase de non freinage, Re = (I/r2) dv/dt La définition conventionnelle de l'adhérence permet d'écrire qu'en présence d'un effort maximum de freinage (Fmax), ramené à la jante, il est possible d'exercer une force sur un essieu sans que ce dernier ne glisse. La réaction maximale Rmax de la roue correspondant à l'effort Fmax l'adhérence disponible. Ceci s'exprime par la relation T = = p attendu que par définition l'essieu ne glisse pas, le terme d'inertie (1/ru) dv/dt est faible par rapport à Fe dans le cas d'une voiture, et si on néglige ce terme on obtient alors T = Fmax/P = ce qui montre que la force de freinage est en relation directe avec l'adhérence. il existe une approche complémentaire qui est celle de l'adhérence sollicitée. Elle peut s'exprimer en fonction de l'effort de freinage F ou de la décélération Yv du véhicule. L'équation est T = R/Mg = (M * Yv-Ra)/Mg sachant que (M + m) Yv = F +Ra et que M * Yv = R+ RA, on en déduit alors que T = F/g (M+m) On peut également établir la relation qui tient compte des effets de cabrage en introduisant le terme P. Dans ce cas, l'équation est X = (Fe-I/r2-Yv)/P

la loi naturelle de l'adhérence a pour expression r = Re/P, et l'adhérence disponible dépend de la variable g qui détermine le glissement relatif de la roue par rapport au sol. On exprime le glissement par la relation de la vitesse absolue du glissement et de la vitesse du véhicule, relation que l'on peut exprimer sous la forme Glissement = WNt avec W = Vt-v, qui est la vitesse absolue du glissement.

D'une façon générale, t'adhérence disponible dépend d'une variable qui est le glissement relatif de la roue par rapport au sol. II existe, pour chaque état de contact roue-sol défini par le coefficient de Coulomb i et pour chaque vitesse, une courbe d'adhérence disponible analogue à celle de la Figure 1 et de la Figure 2.

On constate que l'adhérence passe par un point maximum très pointu si le glissement est très faible, par exemple dans le cas d'une friction acier sur acier, et par un point maximum moins pointu pour un glissement beaucoup plus important, par exemple dans le cas d'une friction caoutchouc sur asphalte (voir Figure 3).

L'analyse des courbes d'adhérence permet de remarquer qu'au delà du point B, l'adhérence diminue et, en chaque point, la courbe satisfait à l'équation TP = Re = Fe- (1/ru) dv/dt Si Fe est maintenu constant, c'est-à-dire si le couple de freinage est constant, alors l'équation devient di/dv* dv/dt * P = (-I/r2) d2v/dt2 On voit que dans ce cas dT/dv s'annule en mme temps que la dérivée seconde de la vitesse v.

Les courbes d'adhérence-glissement varient avec l'adhérence (Figure 4), qui dépendent elles-mmes des conditions atmosphériques, de mme que de paramètres tels que la vitesse, la pression de la roue sur le sol et l'énergie de glissement développée au contact roue-sol. II existe donc une infinité de courbes d'adhérence et, au cours du freinage, on passe d'une courbe à l'autre.

L'équation de l'énergie de glissement a pour expression Les paramètres qui influencent l'adhérence sont l'état macrogéométrique des surfaces roue-sol en contact, les pollutions du sol, les conditions atmosphériques, la vitesse de roulement, la charge verticale dynamique P de t'essieu. Les paramètres géométriques de la roue et du sol ont de leur côté une influence sur la pression spécifique de contact roue-sol.

Sur ce dernier point, il est intéressant de noter que ce paramètre est très influencé par la dynamique du véhicule et en particulier par la suspension. Sur le plan théorique, t'influence de la pression spécifique Ps sur l'adhérence ne peut tre considéré que dans le domaine du pseudo-glissement grâce aux théories de Hertz : Ps = K1 * Q"3 et de Kalker : X = K2*Q-"3, K1 et K2 étant des constantes et Q désignant la charge dynamique sur la roue.

On déduit de ce qui précède que AT/T = APs/Ps, qui détermine que toute augmentation de la pression spécifique conduit à une baisse d'adhérence proportionnelle.

11 est mentionné ci-dessus que l'énergie de glissement a une influence sur l'adhérence, et donc sur la puissance de glissement. Par définition, l'énergie de glissement d'un essieu évaluée entre le début du freinage et un instant quelconque s'exprime selon la définition susmentionnée, et cette

énergie déplace le sommet (voir Figure 5). Tel qu'illustré, une forte décélération réduit le temps nécessaire pour atteinre le point B ainsi que l'adhérence en ce point. Cependant, cela est compensé par un glissement plus fort. En conséquence, l'énergie de glissement est la mme dans les deux cas. Plus la décélération augmente, plus le sommet B est rejeté vers la droite de la courbe. Le contact d'une roue en acier avec un rail en acier en est un exemple typique. Si on considère le contact d'une roue en caoutchouc sur un sol asphalté, le point B se déplace également, mais l'adhérence ne diminue pas. Elle augmente plutôt en raison de la régénération de la surface du pneu et de l'augmentation en température de la surface au contact.

La tendance des évolutions de la position de B est liée à A) la déformation des caractéristiques T = f (glissement) (voir Figure 6) B) l'évolution des courbes t = f (glissement optimal) à isoénergie (voir Figure 7) La régénération de l'adhérence au cours du freinage contrôlé, qui entretient le glissement au voisinage de l'optimum, permet d'observer une montée progressive de l'adhérence qui semble tre en relation avec le développement de l'énergie du glissement. Dans certains cas, pour une énergie donnée, l'adhérence peut doubler, voire tripler en t'espace de 10 secondes, ce qu'illustre, dans une certaine mesure, la Figure 8. Pour un mme glissement en un point quelconque, l'adhérence augmente avec le temps t de maintien en glissement. Durant le temps r, on passe progressivement de la courbe d'adhérence C1 (point M) à la courbe d'adhérence C2 (point N). La nouvelle adhérence en N est supérieure à celle en M, elle peut le cas échéant atteinre et dépasser l'adhérence p1 que l'on avait à l'instant t = 0 au point B correspondant au glissement optimal.

La puissance de glissement bénéficie de l'énergie de glissement, mais ce glissement n'est pas conservateur, car le gain d'adhérence cesse lorsqu'on

annule le glissement, et donc la puissance de glissement. Ce qui explique qu'un système de freinage qui tolère un glissement de façon cyclique, donc sans l'entretenir, régénère mal l'adhérence, et donc ne peut pas atteinre des performances optimales.

Une étude par éléments finis a montré que la roue en glissement entretenu sur le sol subit, dans la zone de contact, une élévation fugitive de température liée directement au glissement et donc à la puissance de glissement. La Figure 9 illustre les variations de l'optimum de l'adhérence en fonction de la vitesse V pour un contact acier sur acier. II en est de mme pour un contact caoutchouc/asphalte, sauf que les vitesses doivent tre multipliées par un facteur 1.5 environ.

Etant donné ce qui précède, il est clair que la recherche d'un glissement optimal est très complexe vu le nombre important de variables par ailleurs difficilement maîtrisables.

Le but de l'invention est de montrer qu'en considérant les équations de la physique d'un système essieu et roue-sol, donc en se dotant de moyens pour mesurer en permanence la force de freinage qui se développe dans un frein, on obtient l'image de l'adhérence, et par le fait mme celle de la traînée Re qui est le paramètre de base. Tous les systèmes modernes de freinage requièrent la connaissance de Re ou son calcul. En effet, la connaissance de Re à chaque instant, et, en particulier, sa valeur maximum, permet de contrôler l'efficacité optimale du freinage puisque ce sont les valeurs de Re qui déterminent les conditions du glissement auquel sera soumise chaque roue.

L'invention ne cherche pas à imposer une valeur de glissement, mais plutôt une force de freinage optimale qui équilibre la traînée optimale, ce qui déterminera l'efficacité de freinage optimal correspondant aux paramètres physiques auxquels sont soumis la ou les roues, de mme que l'essieu.

La présente invention consiste à mesurer la force de freinage développée dans le frein, en utilisant un capteur d'extensiométrie. Un tel capteur est illustré aux Figures 10a et 10b, et est conçu pour mesurer la déformation de la structure sur laquelle il est fixé. II permet donc de mesurer les forces, les couples et accélérations appliquées à cette structure. L'élément sensible du capteur travaille uniquement en flexion. Les contraintes sont donc très faibles sur les points de fixation quel que soit le type de sollicitation de la structure. Le fonctionnement est basé sur une méthode d'extensomètre mécanique, avec l'électronique de conditionnement intégré. II délivre, à titre indicatif, un signal électrique qui est issu d'un module électronique (voir Figure 11) compris entre 0.5 volts et 4.5 volts pour un déplacement des points d'ancrage variable de 0 à 40 um conformément à la Figure 12. À titre d'exemple, les Figures 13a et 13b illustrent un tel capteur mis en place sur un frein. Un tel capteur monté sur un étrier de frein produit également un signal électrique en relation directe avec la force de freinage développé par le frein.

Le capteur est utilisé quels que soient les systèmes d'activation des freins, c'est-à-dire, que ces systèmes soient hydrauliques, pneumatiques ou électromagnétiques. Les Figures 14a, 14b et 15 donnent un mode de réalisation d'un frein équipé d'un anneau magnétique et d'une armature.

L'armature est en relation avec les plaques de friction du frein. Le champ magnétique produit par le passage du courant dans t'anneau magnétique se ferme dans l'armature et la force (en Newton) produite est donnée à la Figure 16 à titre indicatif pour un anneau alimenté par une tension de 12 volts.

La connaissance des couples réels de freinage permet de mesurer les couples de traînée et de donner des signaux de commande à l'aide d'une électronique qui place la valeur du couple qui doit tre appliqué dans les freins aux valeurs optimales qui correspondent à l'adhérence optimum.

L'action de pilotage du système I B S est déterminée par le pilote qui impose une consigne de couple aux freins, c'est à dire qui impose un couple de freinage à tous les freins grâce à l'utilisation d'un capteur associé à l'action sur la pédale de commande des freins, le capteur étant dit de consigne de couple La valeur du couple dans chaque frein est contrôlée par un capteur dont le signal est comparé à chaque instant à la valeur de consigne de couple.

Le calculateur qui mesure et réalise les pondérations en fonction des couples de traînée adapte les consignes de couple en fonction de l'optimum des adhérences admissibles pour chaque roue, ce qui permet d'appliquer dans les freins le couple adapté aux conditions optimales du freinage.

Le système est contrôlé de la mme façon que le ferait un pilote qui adapterait son action sur la pédale en fonction des adhérences de manière à obtenir l'efficacité maximum du freinage et la distance d'arrt la plus courte possible.

Le système I B S calcule les adhérences avec précision et permet de placer la régulation des couples des freins au maximum des adhérences permises par les lois physiques qui régissent le freinage.

Le système I B S modifie la demande du pilote (diminution automatique des consignes de couple) si les couples demandés sont inacceptables (trop élevés) pour les conditions d'adhérence auxquelles est soumis le véhicule, II laisse toujours au pilote la possibilité de contrôler librement le freinage (augmentation des consignes de couple) si les couples demandés sont acceptables pour les conditions d'adhérences auxquelles est soumis le véhicule.

Le capteur fonctionne de la manière suivante. Lorsque la pression ou la force électromagnétique est appliquée dans le frein et que la roue tourne, la partie de métal sur lequel est fixé le capteur est soumise à des forces qui déterminent des allongements dans la structure du frein et du capteur. Un exemple d'installation du capteur sur une pédale de frein est illustré aux Figures 17a et 17b. Ces allongements sont de l'ordre de plusieurs dizaines de micron. Le capteur permet donc d'avoir une image de la traînée, mais surtout il permet de connaître la position exacte du maximum de la courbe d'adhérence lorsque la roue est freinée et qu'il est animé d'un mouvement de rotation (voir Figure 18). Sur cette figure, on remarque que lorsqu'il est mis dans le frein à une pression capable de maintenir un couple constant sur la roue et que celle-ci provoque une décroissance linéaire de la vitesse de la roue freinée à compter d'une vitesse initiale Vref d'une valeur donnée vers une vitesse nulle, le glissement de cette roue à la vitesse de référence correspond à une valeur de 0% de glissement, et sous l'effet de la force de freinage, la vitesse diminue et la roue atteint 100% de glissement.

On constate alors que le signal produit par le capteur monté sur le frein décrit une courbe qui présente une augmentation de la valeur du signal pour des valeurs de glissement de la roue de 0% jusqu'à environ 18%, puis une décroissance de la valeur du signal assez importante pour des valeurs de glissement d'environ 18% vers environ 28%, et ensuite une décroissance modérée de la valeur du signal pour des valeurs de glissement d'environ 28 % jusqu'à environ 84%, puis importante d'environ 84% jusqu'à 100%.

Le capteur délivre une image de la traînée, donc de Re. II permet ainsi de situer le niveau de l'adhérence, de mme que son maximum. En effet, le mme enregistrement pour une charge P augmentée sur la roue et réalisée dans les mmes conditions donne le mme maximum à 18% avec un niveau du maximum plus important. Le temps mis par la roue pour parcourir les glissements de 0% vers 100% est de l'ordre de 0.5 à 0.6 secondes. La valeur de glissement n'est pas entretenue, donc l'énergie de glissement ne fait pas

évoluer la position du maximum d'adhérence vers les glissements croissants dans ce cas.

La connaissance du maximum de la courbe est un des éléments principaux exploités dans la mise en oeuvre de l'invention. La courbe du maximum d'adhérence est parcourue lorsque la roue est soumise à un couple constant Cf et que la vitesse de la roue tend vers des glissements croissants.

II faut donc imposer à la roue une consigne de couple Cc. La Figure 19 donne l'organisation des boucles de contrôle, commande de l'invention qui est basée sur la concordance entre une consigne de couple Cc demandée par le pilote et le couple en résultant Cf dans le frein grâce à la mise en oeuvre par des moyens explicités ci-après.

Le capteur monté sur la pédale de frein, selon les Figures 17a et 17b, délivre un signal électrique dont le niveau est en relation directe ou indirecte avec l'effort mécanique qui s'oppose au déplacement de la pédale et qui détermine la fonction U1 = F (fp) (voir Figure 20) dans laquelle U1 est exprimé en unités volts et fp en unités mdeca Newton et qui peut traduire plusieurs forces pédale : fpa, fpb, fpc par exemple. L'opérateur 32 détermine une loi dite de consigne d'effort à la pédale qui est en relation avec les sensations que désire le conducteur en fonction du type de véhicule ou du véhicule lui-mme.

La loi pédale reçoit donc la fonction F (fp) et modifie la fonction pour élaborer une loi de consigne dite de couple Cc = F (U1) (voir Figure 18) que le frein devra suivre. On comprend que l'opérateur 32 est capable de calculer des lois Cc (a, b, c.) en fonction de la consigne que l'on souhaite donner à différents freins. Pour que l'invention soit mieux comprise nous allons nous intéresser à une seule roue et une seule loi de consigne, par exemple la loi Cc (a) =F (U1) Toujours à la Figure 19, la loi de consigne de couple est dirigée vers trois opérateurs sommateurs montés en cascade 33,34 et 35, et qui possèdent chacun la faculté de réaliser plusieurs fonctions. Le premier 33

compare la consigne Cc demandée avec le résultat issu d'un opérateur de calcul 37 qui est un contrôleur de la consigne de la pédale et que nous allons considérer à ce stade sans action sur la loi de la pédale. Le second 34 compare la consigne Cc demandée avec le résultat issu d'un opérateur de calcul 36 qui est un contrôleur du glissement dans lequel le système évolue, et qui délivre une fonction correctrice supérieure ou inférieure à la consigne de couple Cc (a). Dans le cas où l'opérateur 36 est désactivé, c'est-à-dire lorsque le système n'intègre pas la connaissance du glissement, alors l'opérateur 36 n'intervient pas et l'opérateur 34 est sans action. Dès lors, c'est l'opérateur 35 qui compare la consigne Cc demandée avec le résultat issu de l'opérateur de calcul 33. Le couple de tramée ou couple de freinage, est mesuré sur le frein Cf par le capteur de couple 43 dont la loi est une fonction de U2 = F (Cf) (voir Figure 22). U2 est exprimé en unités volts et Cf en unités mdeca Newton, et qui traduit le couple du frein Cf (a) par exemple. La fonction U2 = F (Cf) entre dans un opérateur de régulation de couple 38 qui assure les traitements nécessaires à la stabilité de la boucle de contrôle commande de couple, et qui sera explicité ci-après. Les résultats des traitements de 38 entrent dans 35 qui réalise la comparaison des informations pour en déduire un signal sur un actionneur proportionnel qui détermine la pression dans le frein 40 et par suite assure la fermeture de la boucle de contrôle commande.

L'équilibre est alors obtenu entre la consigne demandée et le couple dans le frein. Le fonctionnement de la boucle de contrôle commande est le suivant. Si la valeur du couple mesurée sur le frein Cf est croissante, ceci veut dire que la roue évolue dans la zone stable de la courbe d'adhérence. C'est le cas Cc-Cf =-E1. Si la valeur du couple de traînée est décroissante, et que la consigne est croissante ou constante, alors la roue évolue dans la zone instable de la courbe d'adhérence. C'est le cas Cc-Cf = + E1. Au maximum de la courbe d'adhérence, Cc-Cf = 0.

En d'autres mots, il existe trois possibilités :

1) le couple de freinage Cf, qui peut tre appliqué au frein et à la roue, est toujours plus grand que la consigne de couple Cc demandée par le pilote.

2) le couple de freinage Cf, qui peut tre appliqué au frein et à la roue, est toujours plus petit que la consigne de couple Cc demandée par le pilote.

3) le couple de freinage maximum Cf appliqué sur le frein et à la roue est le maximum applicable compte tenu de l'adhérence.

On comprend alors qu'il suffit de comparer la consigne de couple demandé et le couple de traînée. Si les variations des deux informations sont de mme signe, c'est que la roue évolue dans la zone stable de la courbe d'adhérence. Si les deux informations sont de signe contraire, alors la roue évolue dans la zone instable de la courbe d'adhérence. Entre les deux zones se trouve le maximum, c'est-à-dire la valeur à laquelle la consigne de couple doit se maintenir pour obtenir une efficacité de freinage optimale. Le dispositif doit donc en permanence augmenter la consigne de couple tant que les 2 informations sont de mme signe, et diminuer en fonction du temps la consigne de couple lorsque les informations sont de signe contraire. À cela on ajoute une opération qui consiste à mesurer la dérivée du signal produit par le capteur dCf/dt, et le résultat de cette opération est utilisé pour vérifier la cohérence des ordres et pour confirmer le sens des ordres d'augmentation et de diminution de la consigne de couple. La vitesse de correction de la consigne de couple sera d'autant moins rapide que l'écart Cc-Cf = + E1 sera grand (zone instable) et d'autant plus rapide que Cc-Cf =-E1 sera grand (zone stable).

La base de temps ou le gain de l'augmentation ou de la diminution de la consigne de couple est donc variable en fonction du signe et de l'écart entre les valeurs de Cc et Cf. L'équation de Laplace pour la boucle de contrôle de couple est la suivante Cc-Cf=k (El). ''<BR> (l-pl). (l-p2) dans laquelle

eTP est le retard pur qui existe entre le moment où la pression ou la force électromagnétique est mise dans le frein et le moment où le couple est réellement actif sur le frein. Ce retard est une caractéristique mécanique de la conception du frein. II est généralement au mieux de 10 millisecondes pour les freins dits"full contact"dont la surface de friction est de 360°, et au plus de 50 à 100 millisecondes pour les freins à étriers.

(1-p1) le pôle du point de déphasage à 45° pour l'électro-vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1-p2) le pôle du point de déphasage à 90° pour l'électro-vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 + p3) le pôle du point d'avance de phase à 45° correcteur de l'électro- vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 + p4) le pôle du point d'avance de phase à 90° correcteur de l'électro- vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 + p5) le pôle du point d'avance de phase à 45° correcteur du signal délivré par le capteur de couple du frein. k (E1) est le résultat de la comparaison de la consigne de couple et du couple de freinage.

Le pôle p5 est un pôle qui est en relation avec les équations mathématiques du pneu de la roue 41 et de la suspension 42 dont l'équation générale de référence par rapport à la Figure 23 est la suivante D1 = Mg (Kp + KS)<BR> Kp. Ks dans laquelle D1 : déplacement de la masse suspendue, M : Masse suspendue, m : masse non suspendue, Ks : Raideur suspension, Cs : amortissement suspension,

Kp : Raideur pneumatique, Cp : amortissement pneumatique, Z2 : débattement caisse, Z1 : débattement roue, Z0 : débattement sol, et dans laquelle la fréquence propre possède deux modes propres qui sont le mode de la fréquence de caisse et le mode de battement de roue exprimé par Le pote p5 est lié à la fréquence propre de l'ensemble et son calage détermine la stabilité de la roue lorsque le contrôle du couple est réalisé. La boucle de contrôle du couple et le calage de ce pote éliminent les réactions dynamiques et fréquentielles due à l'ensemble suspendu, et atténue les fréquences contenues dans le spectre des fréquences propres des masses suspendues sous l'effet d'un choc au contact roue-sol. Le sol est le générateur de la courbe d'adhérence dans le dispositif.

Les Figures 24a et 24b explicitent plus précisément le fonctionnement de l'invention. Le pilote appuie à l'instant t1 jusqu'à l'instant t2 sur la pédale de frein et impose une consigne croissante de couple au frein jusqu'à la valeur P1. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe p = F (g), le glissement évolue du point 0% jusqu'au point P1 % de glissement. Le couple de freinage suit et est cohérent avec la consigne demandée. Le dispositif évolue dans la zone stable de la courbe de glissement.

Dans le cas où le pilote stabilise son action sur la pédale de frein de l'instant t2 jusqu'à l'instant t3, la consigne de couple au frein est stable à la valeur P1. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe [i = F (g) de

glissement, le point P1 de glissement est conservé. Le dispositif évolue dans la zone stable de la courbe de glissement. II conserve la consigne P1 et le couple de freinage reste stable dans les instants de t2 à t3.

Le pilote appuie de manière plus importante sur la pédale de frein à l'instant t3 jusqu'à l'instant t4 et impose une consigne de couple croissante au frein jusqu'à la valeur P2. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe L = F (g), le glissement évolue du point P1 jusqu'au point P2. Le couple de freinage suit et est cohérent avec la consigne demandée. Le dispositif évolue dans la zone du maximum de la courbe de glissement.

Le pilote appuie à l'instant t4 jusqu'à l'instant t5 sur la pédale de frein et impose une consigne de couple croissante au frein jusqu'à la valeur maximum Px. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe p = F (g), le glissement évolue du point P2 jusqu'au point P4. Le couple de freinage, compte tenu de l'adhérence, n'est plus cohérent avec la consigne demandée. En effet, le dispositif évolue et passe de la zone stable à la zone instable de la courbe de glissement. Le couple de freinage ou couple de traînée, n'est alors plus cohérent avec la consigne et ne suit plus la consigne de la pédale. Alors l'opérateur 37 intervient pour diminuer la consigne de l'opérateur 33, qui délivre une loi de consigne pédale modifiée de manière à ce que la cohérence couple de consigne et couple de freinage soit retrouvée, et impose donc la diminution du couple jusqu'à obtenir un point qui se situe dans la zone du maximum de la courbe d'adhérence, soit point P3 dans l'exemple donné.

Sans intervention de l'opérateur, le dispositif aurait atteint le point P5 et le couple de traînée non contrôlé aurait été beaucoup plus faible. Les Figures 24a et 24b montrent également le comportement de la roue avec la correction du couple de freinage et sans la correction. Toutefois, dans le dispositif, il faut prendre en considération la relation qui existe entre la vitesse de la roue et la zone de glissement dans laquelle évolue la roue. II est nécessaire de savoir dans quel sens cette courbe est parcourue, de façon à ce que l'opérateur 37,

c'est-à-dire le contrôleur de consigne pédale, donne les ordres adaptés au comportement attendu. Dans ce but, l'opérateur 37 réalise un autre calcul afin de détecter l'état du comportement de la roue au-delà du maximum d'adhérence. L'opérateur reçoit l'information de la vitesse de la roue et calcule alors la dérivée seconde dv2/dt2, ce qui permet de savoir si la roue, au-delà du maximum, perd de la vitesse dans le sens des glissements croissants, donc vers le blocage ou si la roue reprend de la vitesse dans le sens des glissements décroissants.

L'opérateur 37 réalisera également un autre calcul basé sur l'équation g = V-v/V. Ce calcul est basé sur la dérivée du glissement dg/dt, dérivée qui permet de connaître, pour chaque vitesse, dans quelle zone évolue la roue par rapport au maximum de la courbe d'adhérence. Le paramètre g est délivré par l'opérateur de calcul de glissement 45 qui reçoit les informations de vitesse de toutes les roues qui équipent le véhicule et sont une partie des paramètres véhicules. Dans ce cas, un calcul de la vitesse longitudinale du véhicule qui est basé sur la connaissance des couples de freinage appliqués sur chaque roue et de la vitesse de chaque roue peut tre effectué (voir Figure 27). Ce calcul prend en compte les équations physiques du dispositif et permet à partir des couples mesurés de calculer dans les opérateurs logiciels suivant, les forces de freinages 53, puis la décélération 54 et la vitesse linéaire du véhicule 55. Un certain nombre d'opérateurs logiciels complémentaires permettent une vérification des précisions grâce à l'utilisation de calculs basés sur les couples de freinage, les vitesses des roues, les distances et les énergies cinétiques. Ces opérateurs assurent une redondance de sécurité dans le cas de défaillance de la chaîne principale de calcul décrite ci dessus.

Les opérateurs mis en oeuvre sont : Un opérateur 64 qui exploite les vitesses des roues et réalise un calcul de la moyenne de ces vitesses maximales ou minimales et des combinaisons des valeurs maximales et minimales. Cet opérateur délivre la

vitesse estimée du véhicule lorsque le pilote agit sur la pédale de frein. La vitesse exacte du véhicule est délivrée lorsque la pédale du frein n'est pas activée par le pilote.

Un opérateur 57 qui exploite les vitesses des roues dans le but de déterminer la distance parcourue.

Un opérateur 59 qui exploite les impulsions délivrées par un capteur indiquant les impulsions émises par la boite de vitesse et ceci dans le but de déterminer la distance parcourue.

Un opérateur 58 de pondération de la distance dans le but de corriger les informations délivrées par les opérateurs distance parcourue 57 et 59.

Un opérateur 61 qui exploite les couples de freinages des roues dans le but de déterminer le travail de freinage.

Un opérateur 63 qui exploite les informations de travail de freinage ainsi que les informations délivrées par un opérateur 62 qui calcule l'énergie cinétique initiale du véhicule. Cet opérateur 63 met en équation la conservation de l'énergie cinétique liée au véhicule et délivre la vitesse linéaire du véhicule à chaque instant en fonction des énergies cinétiques mises en oeuvre.

Un opérateur 65 assure les comparaisons et pondérations qui permettent d'obtenir la vitesse linéaire calculée du véhicule.

La masse du véhicule est soit fournie par un capteur, affichée par le conducteur ou calculée. Dans le cas où la masse est calculée, le calcul de la masse du véhicule est réalisé de la manière suivante : Les opérateurs permettent de connaître la décélération et, dès le

début du freinage, la vitesse initiale VO (1) du véhicule est connu, les opérateurs 56,57,58,59 calculent la distance parcourue donc il est possible de réaliser l'équation la décélération (1) = VO*VO/2D.

Lorsque le pilote agit sur les freins l'opérateur 64 calcule la décélération (2) issue de la connaissance des couples et de la masse estimée du véhicule. Lorsque le pilote arrte l'action sur les freins il est établi une comparaison entre les deux décélérations, le facteur commun étant la masse (la valeur physique), il est alors possible de calculer la masse réelle du véhicule, on procède également à la mesure de la nouvelle vitesse VO (2) du véhicule et, connaissant les différences des vitesses VO (1)-VO (2), et le temps, il est calculé la décélération (3) réelle du véhicule dans un temps donné. La comparaison et la pondération des 3 décélérations permettent de connaître, entre 2 actions de freinage, la masse totale du véhicule et d'en déduire la masse par essieu si l'on a choisi un opérateur 54 de calcul de la décélération par essieu. II est égaiement possible d'en déduire la masse par roue si l'on a choisi un opérateur 54 de calcul de la décélération par roue. Ces calculs sont cohérents pour un véhicule qui évolue sur un sol plat. Dans le cas où le véhicule se déplace sur une pente positive ou négative, (côte ou descente) un opérateur de correction est introduit qui calcule alors l'équation M = Mo. g COS (angle de la pente sur laquelle évolue le véhicule), équation dans laquelle Mo est la masse du véhicule sur sol plat et M, la résultante de la masse du véhicule lorsque celui-ci est dans une pente positive ou négative.

La Figure 28 donne une réalisation partielle simplifiée du calcul de la vitesse linéaire et dont la précision moyenne obtenue pour un véhicule qui évolue sur sol plat ou semi-plat est de l'ordre de 2 à 3%. Cette précision est suffisante, puisque la valeur récite du glissement n'est pas importante, car ce sont les signes des évolutions au-delà du maximum qui intéressent le processus et le travail de l'opérateur 37.

La Figure 29 est un exemple qui illustre la variation des différents éléments au cours d'un freinage. La vitesse initiale du véhicule est 150 km/h.

Une première courbe illustre la vitesse du véhicule versus le temps (secondes). Une deuxième courbe illustre la vitesse d'une roue du véhicule.

Une troisième courbe illustre le couple de freinage et ses valeurs optimales.

Une quatrième courbe illustre la force exercée sur le frein. Une cinquième courbe illustre la force exercée par le conducteur sur la pédale. Finalement, la sixième courbe illustre la force corrigée par le système I B S. Comme on peut le voir sur ce graphique, quand le conducteur exerce une certaine pression sur la pédale, la vitesse du véhicule et de la roue diminue jusqu'à ce que la roue bloque. À ce moment, le véhicule continue de ralentir mais le couple de freinage et la force exercée sur le frein atteignent un sommet. Dans un véhicule sans le système I B S, le conducteur continue à exercer une force sur la pédale et véhicule continue de ralentir tout en étant potentiellement moins stable latéralement. Avec le système I B S, la pression exercée sur la pédale est corrigée pour empcher le blocage de la roue, le couple de freinage optimale est atteint et le freinage se fait en douceur.

Une autre fonction de sécurité basée sur le calcul de la décélération de la vitesse de la roue permet de changer immédiatement la consigne de couple mise à la valeur zéro et d'imposer une pression ou une force électromagnétique nulle dans le frein, c'est à dire un freinage total et de ré- appliquer la pression ou une force électromagnétique lorsque la valeur de la ré-accélération de la roue le permet. Les valeurs du niveau d'intervention de cette sécurité de l'accélération ou de la décélération est variable en fonction du glissement ou de la vitesse du véhicule.

L'invention peut avantageusement disposer d'un niveau supplémentaire de contrôle qui est le contrôle en glissement de la roue. Ce contrôle permet de maintenir la roue à un glissement imposé ou variable. II est alors nécessaire de calculer la vitesse du véhicule avec une précision acceptable. Le fonctionnement d'un tel contrôle est compris dans le schéma

de la Figure 19, qui comprend un module optionnel. Ce dernier traite et détermine le contrôle du glissement que le dispositif veut imposer à la roue.

Ce module reçoit des mesures et des paramètres liés au véhicule, et dont les éléments seront explicités ci-après. II comprend un opérateur de calcul de la vitesse du véhicule 45, un opérateur de calcul du glissement 46, un comparateur 48 qui détermine le signe des commandes qui résulte de la comparaison du glissement que l'on souhaite imposer et délivrer par l'opérateur 49 et celui du glissement réel auquel se trouve maintenu la roue.

Les signaux issus du comparateur 47 sont exploités par un opérateur de régulation de glissement 49 dont l'action sera de délivrer à l'opérateur 34 des ordres de croissance ou de décroissance de la consigne de couple pour maintenir la roue au glissement demandé.

L'équation pour la boucle de contrôle de glissement est la suivante où, à titre indicatif, w,=0. 15rads W5= 120rads W2= 4.15 rads W6 = 600 rads W3 = 43 rads w7= 1700 rads w4= 60 rads w8 = 1800 rads ce que représente les graphes des Figures 25a et 25b.

Cette équation tient compte des éléments de calcul qui sont liés aux principales composantes mécaniques, hydrauliques, électriques, électroniques et les capteurs, qui constituent la boucle de contrôle commande en glissement.

L'invention montre qu'il est possible de contrôler l'efficacité du freinage sur chaque roue, et par la suite d'imposer à chaque roue un couple de traînée prédéterminé ou pré-calculé. La composition du dispositif électronique (voir Figure 26) est constituée d'un boîtier électronique de commande qui reçoit l'information en provenance de différents capteurs et qui commande les actionneurs.

Étant donné que la force appliquée sur les freins variera en fonction de la charge du véhicule, une alternative permettant d'améliorer encore plus l'efficacité du freinage est de munir le véhicule d'un capteur sur la suspension afin que la charge du véhicule soit prise en considération lors des calculs d'optimisation de freinage. Par exemple, pour un véhicule comprenant une suspension hydraulique à l'avant et une suspension pneumatique à l'arrière, une jauge placée sur la suspension arrière de chaque roue et reliée au dispositif de l'invention pourrait très bien s'acquitter de cette tâche.

Le boîtier du circuit électronique est préférablement constitué d'un micro contrôleur 16 bits dont la fréquence de l'horloge de base est de 20 MHz, d'une mémoire flash de 256 ko, d'un convertisseur CAN de 16 entrées codées sur 10 bits, et de 4 sorties MLI.

Les paramètres d'entrée sont : 1 consigne pédale de frein ; 4 entrées capteurs tachymétriques de vitesse roue ; 4 entrées capteurs couple de frein ; 4 entrées de signaux de contact tout ou rien ; 4 sorties de commande des électrovannes proportionnelles ou des actionneurs électromagnétiques ; et 1 sortie pour un relais.

Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent se greffer aux dites mises en oeuvre, et la présente demande vise à couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant, en générât, les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente description qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-dessus, en accord avec la portée des revendications suivantes.