SYSTEME DE COMMANDE DE ROULIS D ' UN VEHICULE

L'invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un système anti-roulis actif d'un véhicule, destiné à réduire les risques de décollement d'une des roues intérieures au virage et de renversement du véhicule, dans le but d'améliorer le comportement du véhicule, donc la sécurité du conducteur et le confort de conduite.

Un véhicule automobile est conçu de manière à présenter un comportement le plus stable possible quelle que soit la sollicitation du conducteur, en particulier en termes de braquage du volant, ou l'état d'adhérence de la chaussée. Cependant, certaines situations de conduite peuvent provoquer un décollement d'une ou des deux roues intérieures au virage, parfois jusqu'au renversement du véhicule. De telles situations sont d'autant plus probables que le centre de gravité du véhicule est haut et que sa voie, qui est l'espace entre les deux roues d'un même essieu, est petite.

Un système anti-roulis permet entre autres d'améliorer le comportement des véhicules dans ces situations délicates, en virage par exemple. Pour cela, il comprend généralement une unité centrale de contrôle recevant d'un capteur une information sur l'accélération latérale γ _τ du véhicule, et d'un autre capteur une information sur la vitesse des roues permettant de déterminer la vitesse V du véhicule. Il comprend également des actionneurs capables d'agir sur la raideur de la suspension disposée entre le châssis et chacune des quatre roues respectivement, ou sur celle de barres anti-roulis au niveau des trains avant et arrière. Ces actionneurs peuvent comprendre des vérins hydrauliques ou électriques pouvant modifier la raideur de la suspension ou des éléments de suspension activé à raideur commandée.

Une solution actuelle pour diminuer les risques de décollement des roues, voire de renversement du véhicule, est décrite par exemple dans la demande de brevet européen EP 0 376 306 B1 , déposée au nom de TOYOTA. Elle utilise un système de suspensions pilotées. Un tel système présente un rapport prestations/coût trop faible pour être jugé intéressant.

Le but de l'invention est de commander un système anti-roulis actif pour diminuer les risques de décollement des roues du sol et de renversement du véhicule.

Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de commande d'un système anti-roulis actif pour véhicule automobile, équipé d'actionneurs agissant sur la raideur de barres anti-roulis au niveau des trains avant et arrière et pilotés par une unité centrale électronique en fonction notamment de l'accélération latérale du véhicule, caractérisé en ce qu'il détermine le couple anti-roulis total à appliquer aux trains avant et arrière, résultant de la répartition de raideur optimale entre les deux trains calculée pour qu'une des deux roues intérieures au virage ait une charge minimale qui empêche son décollement et correspondant à la consigne désirée établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule lors d'un coup de volant.

Selon une autre caractéristique, afin d'éviter le décollement de la roue intérieure avant, respectivement arrière, dans un virage, le procédé calcule la valeur maximale de la répartition de raideur sur le train avant, respectivement arrière, en fonction des accélérations latérale et longitudinale du véhicule, qui assure une charge minimale sur ladite roue avant, respectivement arrière.

Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif bi-train, le couple total anti-roulis déterminé est réparti entre les deux trains avant et arrière selon la répartition de raideur optimale correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue en saturant la consigne de la répartition de la raideur, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale de la répartition empêchant le décollement de ladite roue.

Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train arrière, le couple total anti-roulis déterminé est appliqué au train arrière selon la répartition de raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue par saturation de la consigne de répartition de la raideur, établie en fonction de l'accélération transversale, de la vitesse et du gain statique du véhicule, par la valeur maximale empêchant le décollement de ladite roue.

Selon une autre caractéristique, en cas de système anti-roulis actif mono-train, agissant sur le train avant, le couple total anti-roulis déterminé est appliqué au train avant selon la répartition de la raideur à l'arrière optimale, correspondant à l'une des deux roues intérieures avant ou arrière considérée et obtenue à partir de la consigne

de répartition de la raideur à l'avant saturée par la valeur maximale de répartition de la raideur empêchant le décollement de ladite roue.

Un second objet de l'invention est un dispositif de pilotage d'un système anti- roulis actif pour véhicule, comprenant une unité centrale électronique pilotant des actionneurs agissant sur la raideur des barres anti-roulis, caractérisé en ce qu'il comporte :

- des moyens de calcul de la répartition maximale de la raideur appliquée sur les deux trains du véhicule, pour que la roue intérieure considérée ait une charge minimale l'empêchant de décoller du sol, recevant en entrée l'accélération longitudinale et l'accélération transversale du véhicule,

- des moyens de calcul de la consigne de couple total anti-roulis à appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis,

- des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure considérée, avant ou arrière, calculant le couple saturé réparti sur la barre anti-roulis active avant ou arrière.

Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif bi-train pour véhicule, les moyens de calcul de la consigne de couple total anti-roulis à appliquer sur les actionneurs du système anti-roulis, calculent également la consigne de répartition de la raideur appliquée sur les trains avant et arrière du véhicule.

Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système anti- roulis actif bi-train pour véhicule, les moyens d'évitement du décollement d'une roue intérieure remplissent les différentes fonctions suivantes :

- une fonction de saturation de la consigne de répartition de la raideur entre les trains avant et arrière par la répartition maximale calculée pour éviter le décollement de la roue intérieure avant ou arrière, délivrant en sortie une valeur saturée entre deux bornes inférieure et supérieure de la répartition de charge,

- une fonction de multiplication de cette valeur saturée de la consigne de répartition de la raideur par la consigne de couple anti-roulis, délivrant la consigne de couple associée à une multiplication de la répartition saturée de la raideur sur le train avant par la consigne de couple anti-roulis pour donner la consigne de couple à l'avant.

Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif mono-train pour véhicule, les moyens d'évitement du décollement d'une

roue intérieure, recevant en entrée, d'une part la répartition maximale pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière de la part des moyens de calcul, et d'autre part la consigne de couple total anti-roulis, remplissent les différentes fonctions suivantes : - une fonction de calcul de la valeur absolue de cette consigne de couple total,

- une fonction de correspondance entre les valeurs absolues de cette consigne de couple total et celles de la consigne de répartition de la raideur entre les trains avant et arrière, qui est caractéristique du véhicule et établie par cartographie lors de sa mise au point, - une fonction de saturation de la répartition de raideur anti-roulis qui compare la valeur de la répartition maximale et celle de la consigne, obtenue par cartographie, et qui, si la consigne de répartition est inférieure à la répartition maximale, la prend en compte pour le calcul de la consigne de couple total à appliquer sur le train arrière et, si la consigne est supérieure à la répartition maximale, elle est remplacée par cette dernière pour obtenir le couple total,

- une fonction de calcul du couple total à envoyer sur l'actionneur du train arrière, obtenu par inversion de la courbe de la répartition de charge en fonction du couple puis multiplication par ± 1 selon le signe de la consigne de couple total.

Selon une autre caractéristique du dispositif de pilotage pour un système antiroulis actif bi-train pour véhicule, dans le cas d'un évitement de décollement de la roue avant, avec un système d'anti-roulis sur le train arrière, la fonction de saturation prend en compte la valeur maximale de la raideur à l'avant, en déduit la valeur de la raideur à l'arrière, pour la comparer à la consigne de répartition désirée obtenue à partir de la consigne de couple totale.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation de l'invention illustrée par les figures suivantes qui sont :

la figure 1 : un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un dispositif anti-roulis bi-train d'un véhicule ; les figures 2 et 3 : les domaines de fonctionnement d'un véhicule, définis par ses accélérations latérale γ _τ , longitudinale γ _L et sa répartition de raideur k _ar sur le train arrière, respectivement avant ;

la figure 4 : le détail fonctionnel des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière dans le cas d'un système anti-roulis bi-train ; la figure 5 : un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un dispositif anti-roulis mono-train ; les figures 6 et 7 : le détail fonctionnel des moyens d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière dans le cas d'un système anti-roulis mono-train avant ou arrière.

L'invention consiste à calculer le couple total anti-roulis optimal à appliquer sur chacun des deux trains de roues selon une répartition définie en cas de système antiroulis bi-train, ou sur un des deux trains en cas de système mono-train pour empêcher le décollement d'une des roues du véhicule, intérieures au virage.

Comme le montre la figure 1 , concernant un dispositif de pilotage d'un système anti-roulis bi-train pour véhicule, il reçoit en entrée l'accélération longitudinale γ _L et l'accélération transversale Y _T du véhicule, qu'elles soient mesurées par un capteur ou estimée.

Dans le cas d'une estimation de l'accélération longitudinale par un observateur à partir de la vitesse V du véhicule et de la demande de freinage correspondant à une force F _f exercée par le conducteur, l'accélération longitudinale γ _L s'exprime par le quotient de la force F _f par la masse maximale du véhicule M _max :

II est préférable de sous estimer le signal pour sous estimer le report de charge.

L'observateur modélise l'erreur d sur l'accélération :

v = r, + d + k _l (v - v) d = k ₂ (v- v) γ _L = γ _L + d

Les paramètres 1^ ₁ et k ₂ réalisent le compromis entre la rapidité de la dérivation et la sensibilité au bruit.

Dans le cas d'une estimation de l'accélération transversale par un modèle à deux roues, celui-ci utilise l'angle de braquage moyen α du train avant et la vitesse V du véhicule selon les équations suivantes :

Dans ces équations, M est la masse totale du véhicule, V sa vitesse, ψ sa vitesse de lacet, l _z son inertie autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité, L ₁ et L ₂ la distance du centre de gravité à l'essieu avant et arrière respectivement, α l'angle de braquage moyen du train avant, D ₁ et D ₂ la rigidité de dérive des trains avant et arrière respectivement et δ l'angle de dérive.

Le système de pilotage reçoit de plus les signaux utilisés dans les lois de commande anti-roulis, tels que l'angle volant α, la vitesse de lacet ψ , la vitesse longitudinale V du véhicule entre autres.

Le système comporte des moyens 3 de calcul de la répartition maximale de la raideur appliquée sur les deux trains du véhicule, pour que la roue intérieure considérée ait une charge minimale l'empêchant de décoller du sol, la charge étant l'effort vertical Fz appliqué aux pneus. Fz,j est l'effort vertical appliqué sur la roue i de l'essieu j, i et j étant des entiers égaux à 1 ou 2.

Pour les roues du train avant, la charge s'exprime en fonction de l'accélération latérale γ _τ , de l'accélération longitudinale γ _L et du poids du véhicule, par les expressions suivantes :

e _λ 2L 1.L

Pour les deux roues de l'essieu arrière :

avec k _av + k _ar = 1.

Le procédé selon l'invention détermine la répartition de raideur entre le train avant et le train arrière, en fonction des accélérations latérale et longitudinale du véhicule, qui assure une charge minimale sur une des roues intérieures au virage.

Dans le cas de la roue arrière du véhicule, intérieure au virage, il faut que sa charge F _Zar int soit supérieure ou égale à la charge minimale Fza _r i _n tM _m . ce qui entraîne que la répartition de raideur anti-roulis sur le train arrière k _ar doit être inférieure à une valeur maximale k _arMa χ, définie de la façon suivante :

t ' ^e i ^F Zaφ,M,n , ( ^k 7 \ + Ag^ ₁ _ , hMγ _τ 2Lhγ _τ

Comme le montre la figure 2, qui représente le domaine de fonctionnement d'un véhicule, défini par ses accélérations latérale γ _τ , longitudinale γ _L et sa répartition de raideur k _ar sur le train arrière, on constate que, pour γ _τ = 6 m. s ^"2 et γ _L = 2 m. s ^"2 et pour k _ar supérieure à 0,6, la roue arrière, intérieure au virage, décolle du sol.

Dans le cas de la roue avant du véhicule, intérieure au virage, sa charge F _ZaV i _nt doit dépasser la valeur minimale FzavmtMm, de sorte que la répartition de raideur sur le train avant k _av doit être inférieure ou égale à une valeur maximale k _avMa χ définie de la façon suivante :

2LHγ _τ hMγ _τ

La figure 3 montre le domaine de fonctionnement d'un véhicule, défini par ses accélérations latérale γ _τ , longitudinale γ _L et sa répartition de raideur k _av sur le train avant. On en déduit la répartition de la raideur sur le train arrière k _arMax =1 - k _avMax

En même temps que le procédé a déterminé ainsi la répartition maximale de la charge entre les deux trains avant et arrière, il calcule, dans des moyens 4, la consigne de couple total anti-roulis C _ARCOπS à appliquer sur les actionneurs du système antiroulis. Dans le cas d'un système anti-roulis bi-train, c'est-à-dire comprenant des actionneurs agissant sur les deux trains de roues, le procédé calcule également la consigne de répartition de la raideur k _ar c _O ns, à appliquer entre les deux trains pour avoir la réponse statique désirée du véhicule en fonction de la situation de conduite, définie notamment par l'accélération latérale γ _τ et la vitesse V du véhicule selon une loi de commande anti-roulis.

Ainsi, en sortie des moyens 4, le procédé délivre les consignes de couple total anti-roulis C _ARCOπS et de répartition de charge anti-roulis désirée k _arC o _n s- Dans des moyens 5 d'évitement du décollement de la roue intérieure considérée, avant ou arrière, le procédé calcule le couple saturé réparti sur la barre anti-roulis active avant ou arrière. Cette saturation du couple anti-roulis est nécessaire pour que les valeurs calculées du couple soient réellement applicables. En effet, la répartition du couple étant effectuée à partir de barres anti-roulis actives, les ressorts de suspensions contribuent également à la raideur du roulis du véhicule et à sa répartition. Les valeurs extrêmes proches des répartitions correspondant à k = 0, soit pas de raideur de roulis à l'arrière, ou k = 1 , soit pas de raideur de roulis à l'avant, ne peuvent pas être atteintes et il faut alors saturer la répartition entre 0,1 et 0,9 par exemple.

Les moyens 5 d'évitement du décollement d'une roue intérieure remplissent les différentes fonctions suivantes, illustrées par la figure 4. Une fonction 6 de saturation de la répartition de la raideur anti-roulis reçoit en entrée, d'une part la répartition maximale k _arM a _x pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière, calculée par les moyens 3, ou k _avMa χ pour éviter le décollement de la roue intérieure avant, et d'autre part la consigne de répartition de la raideur k _ar cons entre les trains avant et arrière, calculée par les moyens 4, pour délivrer en sortie une valeur saturée entre deux bornes inférieure et supérieure de la répartition de charge k _arSat . Cette répartition entre les deux trains du véhicule, donne lieu d'une part à la répartition saturée de la raideur sur le train avant k _av sat qui subit une multiplication 10 par la consigne de couple C _ARCOπS anti-roulis, donne la consigne de couple à l'avant C _ARV> et d'autre part à la répartition saturée de la raideur k _ar sat sur le train arrière qui, également multipliée par la consigne de couple anti-roulis C _ARCOπS donne la consigne de couple à appliquer sur le train arrière C _ARR .

Dans le cas d'un système anti-roulis mono-train, le couple total, à appliquer par l'actionneur sur le seul train de roues à anti-roulis actif du véhicule, est calculé comme le montre le schéma fonctionnel de la figure 5, la répartition de la raideur entre les deux trains se déduisant de la consigne du couple C _AR CO _π S-

Comme pour un système anti-roulis bi-train, le procédé calcule le couple saturé à envoyer à l'actionneur du train anti-roulis actif, avant ou arrière, pour les mêmes raisons. Les moyens 5 d'évitement du décollement de la roue intérieure avant ou arrière remplissent des fonctions illustrées par le schéma de la figure 6 ou de la figure 7 selon l'anti-roulis mono-train avant ou mono-train arrière.

Dans le cas d'un anti-roulis mono-train arrière, et d'un évitement de décollement de la roue intérieure arrière (figure 6), les moyens 5 d'évitement du décollement de la roue reçoivent en entrée, d'une part la répartition maximale k _arMax pour éviter le décollement de la roue intérieure arrière de la part des moyens 3 de calcul, et d'autre part la consigne de couple total anti-roulis C _ARCOπS en provenance des moyens 4. A la valeur absolue 7 de cette consigne de couple total désiré est associée une valeur de la consigne de répartition de la raideur k _arCθn entre les trains avant et arrière, qui est caractéristique du véhicule et établie par cartographie 8 lors de sa mise au point. Lorsque le couple anti-roulis augmente à l'avant, la distribution de charge à l'arrière diminue.

La valeur k _arM a _x de la répartition maximale et celle de la consigne k _ar c _ons , obtenue par cartographie, sont comparées dans une fonction 6 de saturation de la consigne de répartition. Si la consigne de répartition est inférieure à la répartition maximale, elle est prise en compte pour le calcul de la consigne de couple total à appliquer sur le train arrière. Par contre, si la consigne k _arCθn s est supérieure à la répartition maximale, elle est remplacée par cette dernière pour obtenir le couple total.

Le calcul du couple total à envoyer sur l'actionneur du train arrière est obtenu par inversion 9 de la courbe précédente de la répartition de charge en fonction du couple puis multiplication 10 par ± 1 selon le signe de la consigne de couple total t-αRCons-

Dans le cas d'un évitement de décollement de la roue avant, avec un système d'anti-roulis sur le train arrière, la fonction 6 de saturation prend en compte la valeur maximale de la raideur à l'avant k _aVM a _x , calculée dans les moyens 3, en déduit la valeur

de la raideur à l'arrière, k _arMa χ = 1 - k _avMa χ, pour la comparer à la consigne de répartition désirée obtenue à partir de la consigne de couple total C _ARCOπS -

La figure 7 correspond à un système anti-roulis sur le train avant du véhicule. Dans ce cas, la cartographie 8 reliant la consigne de couple total à appliquer à la consigne de répartition de la charge à l'arrière présente une caractéristique inverse de celle du cas mono-train arrière.

En effet, une augmentation de couple appliqué au train avant entraîne une diminution de la répartition de la charge sur le train arrière. Comme précédemment, la consigne de répartition de la raideur désirée k _arCθn s, obtenue à partir de la consigne de couple total C _A RCO _π S, est comparée à la répartition maximale k _ar Ma _x et remplacée par cette valeur si elle lui est supérieure.

Ce procédé de commande permet donc de retarder ou d'éviter le décollement des roues intérieures au virage en agissant sur le système d'anti-roulis actif, et présente l'avantage de fonctionner en continu. Elle peut être assimilée à une saturation de couple ou de répartition de raideur, selon la technologie, qui varie en fonction de la situation de conduite.