Domaine de l’invention

La présente invention concerne un dispositif pour optimiser l’adhérence d’un pneumatique équipant un engin mobile roulant sur une voie. Elle vise également un procédé d’optimisation d’adhérence mis en œuvre dans ce dispositif, ainsi que des véhicules automobiles et aéronefs intégrant un tel dispositif.

Les voies de circulation concernées peuvent être des sols humides, des sols froids, enneigés ou verglacés ou tout autre variante dont l’élément perturbant présent sur la surface d’adhérence peut être vaporisé ou dévié. Les secteurs de transport visés incluent les secteurs automobiles ainsi que ceux de l’aéronautique civile et militaire ou tous secteurs mettant en œuvre des véhicules roulants équipés de pneumatiques. Ledit dispositif a aussi un intérêt dans l’amélioration des performances d’un véhicule, notamment en compétition automobile et en recherche de performances.

Etat de la technique antérieure

Il existe déjà des systèmes de sécurité tels que l’ABS, l’ESP ou l’AFU dans le cadre d’une phase de freinage. L’ABS, système d’antiblocage des roues, permet d’éviter le blocage des roues et de garder le contrôle de la direction en cas de freinage d’urgence. L’ESP, programme électronique de stabilité, est une aide à la conduite de correction de trajectoire en cas de perte d’adhérence. Enfin, l’AFU (pour Assistance au Freinage d’Urgence) est, tout comme l’ABS, particulièrement intéressant dans le cadre de l’invention. Cette assistance au freinage d’urgence détecte le passage anormalement rapide de la pédale d’accélérateur à la pédale de frein. A noter que ces aides à la conduite sont pratiquement absentes du monde de la compétition automobile.

Concernant les phases d’accélération, les techniques antérieures sont des procédés visant à réduire la puissance transmise aux roues afin de retrouver de l’adhérence, le Traction Control (TC) en est un exemple.

L’efficacité d’un freinage d’urgence ou d’une accélération franche sur route humide est, de manière non exhaustive, directement liée au pneumatique utilisé (type de gomme, usure, température, pression de gonflage), à la quantité d’eau présente sur le bitume et à sa température, à la puissance de freinage ou d’accélération souhaitée et au système électronique de contrôle d’adhérence. Des procédés ont existé dans le but d’éliminer l’eau présente sur la chaussée en amont du pneumatique, notamment grâce à des jets d’air comprimé. Toutefois ces inventions n’ont pas vu le jour dans l’industrie automobile même si les résultats expérimentaux d’un système à air comprimé dépassaient 20% de réduction des distances de freinage jusqu’à 90 km/h. Ce système à air comprimé était déclenché par un comodo d’essuie-glace et embarquait des ventilateurs à courant continu logés dans les passages de roue.

L’objectif de la présente invention est de contribuer à l’augmentation du coefficient d’adhérence d’un pneumatique équipant un engin mobile, en vaporisant, à l’aide d’un faisceau laser, l’élément limitant l’adhérence présent sur la chaussée, tant sur une phase de freinage que d’accélération.

Exposé de l’invention

Cet objectif est atteint avec un dispositif pour optimiser l’adhérence d’un pneumatique équipant un engin mobile roulant sur une voie, ce dispositif étant embarqué dans ledit engin mobile et comprenant : des moyens pour détecter et caractériser la présence d’eau sur la voie à l’avant dudit engin mobile, des moyens pour traiter des informations reçues desdits moyens de détection et de caractérisation et pour générer des instructions de commande, et des moyens pour émettre un faisceau laser de puissance dirigé vers une portion de voie devant au moins une roue équipant ledit engin mobile, agencés pour vaporiser ou sublimer l’eau présente devant ladite au moins une roue en réponse à des instructions de commande.

Le dispositif selon l’invention vise ainsi à accroitre les performances d’adhérence d’un pneumatique équipant un véhicule roulant sur sol humide, pendant des phases de freinage et d’accélération. Elle vise également les sols froids, enneigés ou verglacés ou tout autre variante dont l’élément perturbant présent sur la surface d’adhérence peut être vaporisé à l’aide d’un laser . Il est envisageable d’appliquer le dispositif aux secteurs automobile ainsi que dans l’aéronautique civile et militaire ou tout autre véhicule roulant.

Le dispositif d’optimisation d’adhérence a pour rôle principal d’augmenter le coefficient d’adhérence du pneumatique en vaporisant et/ou en déviant l’eau présente sur la chaussée, sous quelque état que ce soit. Toutefois, l’invention ne se limite pas seulement à l’eau (dans quelque état que ce soit) mais aussi à tout autre liquide susceptible d’être dévié ou vaporisé devant un pneumatique.

La présente invention a l’avantage d’augmenter l’adhérence sans réduire les performances durant l’accélération. Cet aspect est particulièrement intéressant dans le milieu de la compétition automobile ou de la recherche de performance. Les moyens de traitement et de commande sont de préférence agencés pour traiter en outre des informations reçues d’au moins un système de sécurité de freinage équipant l’engin mobile.

Les moyens de détection et de caractérisation peuvent avantageusement comprendre une caméra présentant un champ de prise d’image dirigé vers une portion de voie à l’avant de l’engin mobile.

Ces moyens de détection et de caractérisation peuvent en outre comprendre des moyens pour mesurer ou estimer la température extérieure au voisinage de la voie.

Les moyens d’émission d’un faisceau laser peuvent comprennent un module optique laser disposé sous l’engin mobile et agencé de façon à projeter le faisceau laser sur une portion de voie devant une roue dudit engin.

Les moyens d’émission d’un faisceau laser peuvent en outre comprendre un module de source laser commandé par les moyens de traitement et de commande et relié au module optique par des moyens de fibre optique.

Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif d’optimisation d’adhérence peut en outre comprendre des moyens pour refroidir le module de source laser. Ces moyens de refroidissement peuvent comprendre un circuit de liquide caloriporteur.

Le module optique laser peut être agencé pour balayer un faisceau laser sur la voie selon une trajectoire de balayage prédéterminée.

Le système de sécurité de freinage peut comprendre un système anti-blocage (ABS), un système de freinage d’urgence (AFU) ou un système de contrôle de stabilité électronique (ESP).

Les moyens de contrôle et de traitement peuvent être reliés à une unité de commande électronique (ECU) de l’engin.

Lorsque le dispositif d’optimisation d’adhérence selon l’invention est mis en œuvre dans un engin comportant une caisse à laquelle les moyens d’émission du faisceau laser sont fixés, il peut en outre comprendre des moyens pour détecter un mouvement de la caisse et pour émettre des informations de détection à destination des moyens de contrôle et de traitement.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé pour optimiser l’adhérence d’un pneumatique équipant un engin mobile roulant sur une voie, comprenant : une étape pour détecter et caractériser la présence d’eau sur la voie à l’avant dudit engin mobile, une étape pour émettre des informations de détection et de caractérisation de la présence d’eau sur la voie, une étape pour traiter lesdites informations de détection et de caractérisation pour générer des instructions de commande, et une étape pour émettre un faisceau laser de puissance dirigé vers une portion de voie devant au moins une roue équipant ledit engin mobile, de façon à vaporiser ou sublimer l’eau présente devant ladite au moins une roue en réponse à des instructions de commande. Le procédé selon l’invention peut en outre comprendre une étape pour traiter des informations reçues d’au moins un système de sécurité de freinage équipant l’engin mobile.

L’étape de détection et de caractérisation peut mettre en œuvre une caméra présentant un champ de prise d’image dirigé vers une portion de voie à l’avant de l’engin mobile.

L’étape de détection et de caractérisation peut en outre comprendre une mesure ou une estimation de la température extérieure au voisinage de la voie.

Suivant encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile intégrant un dispositif d’optimisation d’adhérence selon l’invention, ce véhicule automobile comprenant : des moyens pour détecter et caractériser la présence d’eau sur une voie à l’avant dudit véhicule automobile, des moyens pour traiter des informations reçues desdits moyens de détection et de caractérisation et pour générer des instructions de commande, et des moyens pour émettre un faisceau laser de puissance dirigé vers une portion de voie devant au moins un pneumatique équipant ledit véhicule automobile, ces moyens d’émission étant disposés dans le parechoc avant dudit véhicule.

Suivant encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un aéronef intégrant un dispositif d’optimisation d’adhérence selon l’invention, cet aéronef comprenant : des moyens pour détecter et caractériser la présence d’eau sur une piste à l’avant dudit aéronef lorsqu’il est en roulage sur ladite piste, des moyens pour traiter des informations reçues desdits moyens de détection et de caractérisation et pour générer des instructions de commande, et des moyens pour émettre un faisceau laser de puissance dirigé vers une portion de piste devant au moins un pneumatique d’un train d’atterrissage équipant ledit aéronef, ces moyens d’émission étant disposés sur ledit terrain d’atterrissage

Le dispositif d’optimisation d’adhérence a pour rôle principal d’augmenter le coefficient d’adhérence du pneumatique en vaporisant, à l’aide d’un faisceau laser, l’eau présente sur la chaussée, sous quelque état que ce soit. Toutefois, l’invention ne se limite pas seulement à l’eau.

L’eau peut se trouver sous différents états physiques: pluie, neige, glace; seul le coefficient d’absorption optique variera, l’énergie de vaporisation nécessaire est donc directement liée à l’état physique de l’eau à vaporiser. L’étude du coefficient d’absorption de l’eau (en cm ¹ ) détermine la longueur d’onde du laser à utiliser. La puissance sera, elle, fonction de la largeur du pneumatique, de la vitesse du véhicule, de la température ambiante et de la quantité d’eau présente sur la chaussée.

L’invention met en œuvre une source laser, contrôlée électroniquement, de laquelle sort un faisceau laser transmis par fibre optique (faisceau de transmission) jusqu’à un module optique d’obtention du faisceau laser efficace. Les données nécessaires au déclenchement du système sont acquises par différents capteurs (caméras, thermomètres, . . .) et par connexion à l’ECU ( Electronic Control Unit, système embarqué de contrôle des dispositifs physique au sein du véhicule) qui pourra fournir les informations de déclenchement des systèmes existants de contrôle d’adhérence et ainsi provoquer l’activation dudit dispositif.

Pour des raisons de sécurité, tout choc subi par la voiture doit absolument déconnecter ledit dispositif afin d’éviter tout risque pour les usagers environnants.

Dans une autre version de l’invention, la source laser peut être complétée d’un second système dédié à la déviation d’une partie de l’eau liquide. Ce système en tandem peut mettre en œuvre une deuxième action à distance : jet d’air haute pression, jet d’air supersonique, canon à micro-ondes ou tout autre solution technique qui pourrait dévier à distance l’élément perturbant sur la route en amont du faisceau laser. Cette autre version peut tout aussi bien concerner des véhicules automobiles que des aéronefs.

L’intérêt du tandem déviation/ablation réside dans la possibilité de rendre le dispositif efficace dans des conditions plus rudes, notamment à des vitesses plus élevées et/ou si la quantité d’eau est importante.

Comme le dispositif d’optimisation d’adhérence selon l’invention génère de la chaleur, on peut prévoir un système de refroidissement performant afin de garantir des conditions de fonctionnement optimales. Ce système de refroidissement peut être indépendant du système de refroidissement du véhicule.

Le faisceau laser peut avoir différents effets, notamment celui de créer un plasma. Comme l’ablation laser instantanée de l’eau est énergivore, une alternative envisages à l’effet d’ablation est la création d’un plasma ayant pour but de dévier l’eau présente devant le pneumatique, ce à l’aide d’un faisceau laser. La création d’une onde de choc de déviation est aussi envisagée pour écarter l’eau du pneumatique.

Description des figures

D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement imitatifs, et des dessins annexés suivants:

[Fig.l] la figure 1 est un schéma fonctionnel du dispositif applicable à n’importe quel véhicule roulant, dans une première version en mode d’ablation asservie.

[Fig.2] la figure 2 est un exemple d’application du dispositif à une automobile roulant sur route humide. [Fig.3] la figure 3 est une courbe représentant le rapport entre la longueur d’onde (en m) d’un faisceau lumineux et l’absorption (en m ¹ ) de cette onde par l’eau.

[Fig.4] la figure 4 est un schéma fonctionnel d’une version particulière du dispositif d’optimisation d’adhérence selon l’invention, en mode tandem asservi, implémentant un système de déviation d’eau.

[Fig.5] la figure 5 illustre le mode de fonctionnement de la version du dispositif d’optimisation d’adhérence illustrée en Figure 4.

Modes de réalisation détaillés

Ces modes de réalisation étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites ou illustrées par la suite isolées des autres caractéristiques décrites ou illustrées (même si cette sélection est isolée au sein d’une phase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

En référence à la figure 1, le dispositif d’optimisation d’adhérence 10 selon l’invention comprend une unité de contrôle et de traitement (ECU) 1 recevant en entrée des informations de détection de présence d’eau et de caractérisation de cette eau en provenance d’une caméra et de capteurs 9, des informations émises par l’unité de contrôle électronique (ECU) 12 du véhicule, et des informations sur les conditions de freinage émises par le système de freinage 6.

L’unité de contrôle et de traitement 1 commande un module de source laser 13 qui est alimenté par une unité d’énergie électrique de puissance 11. Ce module de source laser 13 émet un faisceau laser qui est transmis via une fibre optique 2 à un module optique 3 disposé dans le parechoc du véhicule ainsi équipé et prévu pour diriger un faisceau laser vers une portion de voie sur commande de l’unité de contrôle et de traitement 1.

En référence à la Figure 2 et dans le cadre d’une application dudit dispositif à une automobile 100 et dans le but d’une optimisation du freinage, l’unité de contrôle électronique 1 peut avantageusement se trouver dans la baie moteur, les roues recevant le dispositif selon l’invention seront les roues avant. Le transfert du faisceau laser de transmission est réalisé par une fibre optique 2 jusqu’au parechoc où est logé le module optique 3 émetteur du faisceau efficace 7. Ce module optique 3 contient un bloc lentille. Le module de source laser 13 est refroidi par un circuit caloriporteur incluant des conduits hydrauliques 41,42, une pompe hydraulique 4 et un radiateur de refroidissement ventilé 5.

Le faisceau laser efficace 7 peut prendre une forme variable : il peut ainsi être linéaire et parallèle au bord d’attaque du pneumatique ou bien angulé ou bien encore en forme de « V », de sinusoïde ou tout autre forme qui permettra d’optimiser son efficacité.

Ensuite, afin d’optimiser l’efficacité du faisceau laser au sol, la distance focale entre le bloc lentille et le sol doit rester dans une plage de tolérances faible. En effet, le dispositif selon l’invention peut inclure un asservissement de la distance focale en fonction des mouvements de caisses. Une phase de freinage entrainera un mouvement de piquet, l’avant du véhicule baissera de quelques centimètres; a-contrario, une phase d’accélération abaissera l’arrière du véhicule. Il est alors envisageable d’appréhender les mouvements de caisse afin d’avoir un faisceau utilisable dans sa plage d’efficacité.

Dès l’activation dudit dispositif d’optimisation d’adhérence 10, un courant de puissance devra être disponible très rapidement à partir d’une unité d’énergie électrique de puissance 11 embarquée dans le véhicule. Selon le type de véhicule, à moteur thermique, électrique ou hybride, une redirection du courant disponible pourra être effectuée depuis les fonctions annexes (ordinateur de bord, Hi-Fi, éléments de conforts) vers le dispositif de sécurité 10.

L’eau peut se trouver sous différents états physiques : pluie, neige, glace ; l’énergie de vaporisation nécessaire est donc directement liée à l’état physique de l’eau à vaporiser. L’étude du coefficient d’absorption de l’eau (en cm-1) détermine la longueur d’onde du laser à utiliser.

En référence à la figure 3 qui illustre le rapport entre la longueur d’onde d’une faisceau lumineux et l’absorption de cette onde par l’eau, il est possible d’affiner le choix de la technologie laser à employer. Le laser Erbium : YAG émet notamment un faisceau dont la longueur d’onde est de 2,9 pm, ce qui correspond à un pic d’absorption de l’eau, ce dans le domaine invisible des infrarouges. De plus, ce type de laser émet un faisceau pouvant être facilement transporté par fibre optique, ce qui est un avantage non négligeable pour l’embarquabilité du dispositif.

La puissance optique nécessaire sera, elle, fonction de la largeur du pneumatique, de la vitesse du véhicule, de la température ambiante et de la quantité d’eau présente sur la chaussée.

Dans un second mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, le dispositif d’optimisation d’adhérence 20 comprend, en plus de l’ensemble des composants du premier mode de réalisation qui vient d’être décrit en référence aux figures 1 et 2, une turbine 21 commandée par l’unité de contrôle et de traitement (ECU) 1 et alimentée par l’unité d’énergie électrique 11, et un module de soufflerie 22 disposé au sein du véhicule de façon à pouvoir dévier une partie de l’eau présente devant un pneumatique équipant ce véhicule, cet effet de déviation étant combiné à un effet d’ablation de l’eau présente devant ce pneumatique en rotation. Bien sûr la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d’être décrits et de nombreux autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention. En particulier, les différents composants du dispositif d’optimisation d’adhérence équipant un véhicule automobile peuvent être disposés à d’autres emplacements que ceux décrits dans la figure 2.