DISPOSITIF D'ANTI-PATINAGE AMELIORE DES ROUES MOTRICES D'UN VEHICULE ET PROCEDE POUR SA MISE EN

OEUVRE

La présente invention concerne un système d'anti-patinage des roues motrices des véhicules automobiles, aussi désigné par l'acronyme "ASR" pour "Anti Slip Régulation ou Anti Schlupf Regelung". Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'anti-patinage amélioré des roues motrices et un procédé pour sa mise en oeuvre.

Les systèmes ASR sont destinés notamment à améliorer la prestation de motricité en roulage d'un véhicule automobile sur tout type de terrain. Avec les systèmes ASR, le contrôle de motricité d'une roue est effectué pour différentes situations de roulage du véhicule notamment en marche avant ou en marche arrière sur des routes ou chemins présentant des portions boueuses, de l'herbe, des ornières, bourbiers (roulage tout chemin), du sable, de la neige ou de la glace et pour différents niveaux de pente et dévers du sol sur lequel évolue le véhicule.

L'amélioration de la motricité est obtenue par ces systèmes dans les limites de la physique, en particulier de l'adhérence disponible des roues sur le sol, du dénivelé du terrain sur lequel se trouve le véhicule ou encore de la garde au sol du véhicule. Les systèmes ASR sont potentiellement applicables sur tout véhicule à deux roues motrices (4x2) ou quatre roues motrices (4x4) et, avec l'antiblocage de roues ou "ABS", acronyme pour "Anti lock Braking System" en langue anglo-saxonne, ils sont de plus en plus associés à des systèmes de contrôle dynamique de stabilité désignés également par l'acronyme "ESP" pour "Electronic Stability Program ou Elektronisches Stabilitàt Programm" qui permettent de plus le contrôle de la vitesse de lacet du véhicule.

Tous ces systèmes permettent de faire évoluer de manière significative la sécurité des passagers et la prestation de motricité des véhicules.

Les dispositifs anti-patinage apportent en outre une aide précieuse aux conducteurs novices comme aux conducteurs expérimentés.

La figure 1 représente un synoptique de base d'un système ASR 10 de l'état de l'art.

Le système ASR de la figure 1 comporte notamment :

- un régulateur de couple 12 fournissant une information de commande Cf à un dispositif de freinage actif 16 agissant sur une roue motrice 10 ; - une unité de commande 20 fournissant au régulateur de couple

12 des informations d'initialisation In de la régulation ; et

- un détecteur DV 18 fournissant au régulateur de couple 12 des informations d'écart des variables δv de conduite du véhicule.

L'unité de commande 20 reçoit différents types d'informations relatives au véhicule à un instant donné telles que la vitesse du véhicule Vv, l'adhérence Rc, le couple moteur Cm, ... et fournit l'information d'initialisation

In au régulateur de couple 12.

Le régulateur de couple 12 comporte habituellement un régulateur proportionnel fournissant des informations de commande au dispositif de freinage actif 16, proportionnelles aux écarts des variables, et un intégrateur de régulation recevant l'information d'initialisation de l'unité de commande

20. Le régulateur proportionnel et l'intégrateur de régulation sont réalisés au moyen de composants logiciels implémentant respectivement des algorithmes de traitement pour chacune des roues motrices 10 du véhicule Le véhicule comporte en outre des capteurs (non représentés sur la figure 1 ) fournissant les informations à l'unité de commande 20.

De tels systèmes ASR de l'état de l'art équipent actuellement des véhicules tout terrain (4x4) mais comportent des défauts et insuffisances.

Pour souligner ces insuffisances, nous allons considérer différentes situations d'évolution de l'automobile sur le terrain que nous appellerons par la suite "situations de vie".

Nous utiliserons aussi par la suite le terme "décollage" pour définir le passage du véhicule d'une situation où le véhicule est à l'arrêt (vitesse nulle) vers une situation de démarrage du véhicule (vitesse non nulle).

Un véhicule peut évoluer sur deux principales catégories de terrains :

- terrains à faible adhérence, par exemple comportant du sable, des graviers, de la neige, de la glace ; - terrains à forte adhérence comme les pistes ou routes en asphalte humide ou en asphalte sec.

Nous allons considérer les deux principaux types de situations de vie suivants A et B : A - Premier type de situations de vie sur des terrains d'évolution du véhicule à faible ou forte adhérence :

- décollage à plat du véhicule sur faible, moyenne et haute adhérence homogène ou dissymétrique ;

- décollage en pente et/ou en dévers sur faible, moyenne et haute adhérence ;

- décollage en pente et/ou en dévers sur faible, moyenne et haute adhérence homogène ou dissymétrique, roues braquées.

Le fonctionnement, dans ce premier type A de situations de vie, des systèmes ASR de l'état de l'art produisent un contrôle immédiat du moteur et des freins pour permettre de ramener les deux (4x2) ou les quatre

(4x4) roues du véhicule sur une consigne fixe quelle que soit l'adhérence, la pente et/ou le dévers du terrain.

L'impact sur le véhicule, ressenti par le conducteur, est le suivant :

- pour une faible adhérence, on a une absence de motricité, et le véhicule est difficilement contrôlable ;

- pour une haute adhérence, on a une importante coupure moteur qui pénalise la vitesse de décollage.

B - Deuxième type de situations de vie sur des terrains d'évolution du véhicule à faible adhérence :

- progression du véhicule sur terrain en pente et/ou en dévers sur faible, moyenne adhérence, homogène ou dissymétrique.

Le fonctionnement actuel, dans ce deuxième type B de situations de vie, des systèmes ASR de l'état de l'art, produisent une régulation du couple transmis aux deux (4x2) ou aux quatre roues (4x4) autour d'une

consigne faible et fixe qui peut être augmentée lorsqu'il y a, par exemple détection de neige profonde, assurant ainsi la robustesse de la détection.

L'impact sur le véhicule, ressenti par le conducteur, est le suivant :

- pour une faible adhérence, on a une absence de motricité et une sensation de frustration pour le conducteur du véhicule ;

- dans la boue, suivant le taux d'humidité, la structure des pneus peut se remplir de boue et ne plus transmettre l'adhérence disponible.

Un des principaux objectifs de l'invention est d'obtenir un meilleur contrôle du véhicule par la recherche permanente de la motricité sur tout type de sol ou terrains.

Un autre objectif de l'invention est la recherche d'une conduite d'un véhicule plus sure et aisée notamment pour les personnes peu expérimentées à une conduite tout terrain. A cet effet et afin de pallier les inconvénients des systèmes de l'état de l'art, l'invention propose un dispositif d'anti-patinage des roues motrices d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comportant :

- un dispositif de freinage actif des roues motrices ;

- un régulateur de couple fournissant un signal de commande (Cf) au dispositif de freinage actif en fonction d'informations d'écarts de régulation

(δv) par rapport à une consigne de régulation déterminée ;

- une unité de commande fournissant au régulateur de couple une information d'initialisation (In) de la régulation ;

- des moyens pour fournir l'information d'initialisation (In) de la régulation à partir de paramètres d'évolution du véhicule sur tout terrain, tels que l'adhérence et la vitesse des roues motrices, la pente et/ou le dévers du terrain ;

- des moyens pour fournir l'information d'initialisation (In) de la régulation à partir d'informations d'action du conducteur sur un ou des éléments de commandes du véhicule, caractérisé en ce que le régulateur de couple comporte des moyens de choix d'une première roue motrice à freiner (appelée roue lente), lors d'une phase de démarrage du véhicule, pour obtenir de la motricité, au moins une autre roue motrice participant à la traction du véhicule n'étant pas freinée pour augmenter son adhérence au sol.

Dans une réalisation, la première roue motrice qui est freinée et l'autre roue motrice qui n'est pas freinée sont disposées respectivement aux extrémités libres d'un même essieu.

Dans une autre réalisation, la première roue motrice qui est freinée et l'autre roue motrice qui n'est pas freinée sont des roues directrices.

Dans une autre réalisation, le régulateur de couple comporte des moyens de détermination de la meilleure accélération possible (accélération optimisée) en fonction des paramètres d'évolution du véhicule et d'informations d'action du conducteur sur un ou des éléments de commandes du véhicule.

L'invention concerne aussi un procédé pour la mise en œuvre du dispositif décrit ci-dessus.

Le procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :

- fourniture, par le régulateur de couple, d'un signal de commande du répartiteur de couple en fonction d'informations d'écarts de régulation par rapport à une consigne de régulation de vitesse des roues ;

- fourniture, par l'unité de commande, d'une information d'initialisation de la régulation à partir de paramètres d'évolution du véhicule sur le sol, tels que l'adhérence et la vitesse des roues, la pente et/ou dévers du terrain. Avantageusement l'étape de fourniture de l'information d'initialisation de la régulation est réalisée, en outre, à partir d'informations d'action du conducteur sur des éléments de commandes du véhicule révélatrice de la volonté du conducteur.

Dans une réalisation, le procédé selon l'invention comporte au moins :

- une phase (Phase 0) d'analyse/évaluation de l'adhérence et de la vitesse des roues motrices, de la pente et/ou du dévers du terrain et de la volonté du conducteur;

- une phase (Phasel ) de démarrage (décollage) du véhicule consistant à choisir une première roue motrice à freiner, ou roue lente, pour

avoir de la motricité, au moins une autre roue motrice participant à la traction, n'étant pas freinée pour assurer l'évacuation de corps étrangers réduisant l'adhérence de ladite roue et profiter de la vitesse de rotation de cette roue pour creuser le sol et retrouver de l'adhérence et donc de la motricité; - une phase de progression (Phase 3) comportant :

- une diminution de la consigne de régulation de vitesse, élevée au départ sur glissement de la roue, pour trouver la meilleure accélération possible,

- détermination de l'accélération cible du véhicule voulu par le conducteur et régulation autour de ce point d'accélération.

Par glissement (ou taux de glissement), on entend généralement le taux de patinage de la roue en fonction de la vitesse du véhicule.

Dans une réalisation du procédé, où les roues motrices considérées sont des roues directrices disposées sur le même essieu, en absence de pente et/ou de dévers et lorsque les roues sont droites ou forment un angle de braquage α inférieur à une valeur prédéterminée αb (α ≤ αb), la roue ayant la plus faible vitesse est considérée comme étant la roue la plus lente (RIO). Dans une autre réalisation du procédé, où les roues motrices considérées sont des roues directrices disposées sur le même essieu, en absence de pente et/ou de dévers, lorsque les roues sont braquées à partir d'un certain angle de braquage ( α > αb ), la roue extérieure (Rext) est choisie comme roue lente afin de ne pas générer plus de sous virage, la roue extérieure étant la roue la plus éloignée du point théorique de rotation du véhicule.

Dans une autre réalisation, où les roues motrices considérées sont des roues directrices disposées sur le même essieu, en présence de pente et/ou de dévers, AX exprimant l'accélération longitudinale selon un axe X longitudinal du véhicule et AY exprimant l'accélération selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X, AX et AY pouvant prendre des valeurs positives ou négatives, le procédé comporte une étape de calcul du signe du produit AX ^* AY et de détermination de la roue lente :

- si le produit AX ^* AY est positif, la roue droite Rdr est choisie comme roue lente (Rlente = Rdr),

- si le produit AX*AY est négatif, la roue gauche Rgr est choisie comme roue lente (Rlente = Rgr), le changement de roue n'étant possible que si :

- le signe du produit (AX ^* AY) s'inverse. - un critère de stabilité de roue n'est pas rempli.

Il y a ainsi inversion entre roue lente et roue rapide. Le dispositif de régulation de traction selon l'invention est configuré pour assurer des nouvelles fonctionnalités par rapport au dispositif antipatinage de l'état de l'art et notamment : - l'implémentation de lois de commande spécifiques pour la gestion des situations de vie du véhicule selon quatre phases : Phase 0, Phase 1 , Phase 2 et Phase 3 ; la phase 2 étant une phase de transition ;

- l'implémentation de lois de commande spécifiques de la gestion du taux de patinage avec prise en compte de la volonté du conducteur.

L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisation du dispositif selon l'invention en référence aux dessins indexés dans lesquels :

- la figure 1 , déjà décrite, représente un synoptique de base d'un système ASR de l'état de l'art ;

- la figure 2 montre un synoptique de différentes phases du procédé anti-patinage selon l'invention ;

- la figure 3 montre un organigramme des phases du procédé de mise en œuvre du dispositif selon l'invention ; - la figure 4 montre l'évolution dans le temps des vitesses des roues droites et gauches ainsi que la vitesse du véhicule en fonction de l'angle du volant actionné par le conducteur ;

- la figure 5 montre un tableau de choix de la roue lente par le procédé selon l'invention en cas de pente et/ou de dévers ; - la figure 6 montre un exemple d'évolution dans le temps de la variation des vitesses des roues ainsi que la vitesse du véhicule lors de changement de roue et ;

- la figure 7 montre un synoptique montrant différentes étapes de la phase 3 du procédé selon l'invention.

La description qui va suivre s'appuie sur un exemple de véhicule à deux roues motrices (4x2).

Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux seuls véhicules à deux roues motrices (4x2) mais peut également s'appliquer à des véhicules à quatre roues motrices (4x4).

La figure 2 montre un organigramme des trois phases Phase 0, Phase 1 , Phase 2 et Phase 3 des nouvelles fonctionnalités du procédé selon l'invention et l'interconnexion entre chaque phase.

La phase 0 est une phase d'analyse/évaluation de la vitesse et de l'adhérence des roues sur le sol, de la pente et/ou du dévers du terrain et de la volonté du conducteur.

La phase 1 est une phase de démarrage du véhicule (ou de décollage). Elle se traduit par le choix d'une roue qui doit être freinée pour avoir de la motricité en utilisant au maximum l'adhérence disponible et de passer le couple au sol via cette roue (on choisira la vitesse de roue la plus lente possible, sans glissement, c'est-à-dire que la roue lente est à la vitesse du véhicule), l'autre roue n'étant pas freinée.

Cette phase 1 a pour principaux objectifs :

- d'évacuer la boue qui se trouve sur le pneu de la roue rapide, afin de permettre au pneu de retrouver de l'adhérence ;

- de profiter de la vitesse de rotation de cette roue pour creuser le sol et retrouver de l'adhérence ; et

- de passer du couple par adhérence avec la roue lente.

La phase 2 est une phase de transition entre la phase 1 et la phase 3.

La phase 3 est une phase de progression qui consiste : - à diminuer la vitesse de consigne, qui est élevée au départ « sur glissement », afin de trouver la meilleure accélération possible ;

- et lorsqu'elle est obtenue, à déterminer l'accélération cible voulue par le conducteur ; et

- à réguler la vitesse autour de ce point.

Si le conducteur accélère, la vitesse de consigne est augmentée pour rechercher la meilleure accélération.

Si le conducteur relâche la pédale d'accélérateur tout en restant en mode ASR, la vitesse de consigne est diminuée pour rechercher à nouveau la meilleure accélération.

Dans le cas idéal d'un démarrage avec une même adhérence des roues et l'obtention de l'accélération souhaitée par le conducteur, le procédé selon l'invention effectue un passage directement de la phase 0 à la phase 3 de progression du véhicule.

Nous allons décrire par la suite les phases du procédé selon l'invention, en fonction des différentes situations de vie.

La figure 3 montre un organigramme des différentes phases du procédé selon l'invention :

Dans la phase 0, le procédé comporte une étape d'analyse/évaluation 50 des conditions de roulage du véhicule suivi d'une étape de détermination 52 de la présence ou non de pente et/ou du dévers du terrain.

De façon connue, des accéléromètres, sensibles aux accélérations longitudinale, transversale et de lacet du véhicule, et autres détecteurs de pente, sont utilisés pour déterminer la situation de pente et/ou de dévers du terrain sur lequel évolue le véhicule.

Egalement de façon connue, des capteurs de vitesse des roues, associés aux roues, permettent de déterminer la roue ayant la plus faible vitesse.

Dans la phase 1 , le procédé détermine la roue lente selon le résultat de présence « oui » ou « non » de pente et/ou du dévers. On distingue alors deux cas de figures A et B :

Dans le cas A, si le résultat est « non » (absence de pente et/ou de dévers), on se trouve alors dans le premier cas de détermination de la roue lente (étape 54).

Dans ce cas, le procédé de détermination 54 comporte une étape de détermination de l'angle de braquage α (étape 56) des roues avec deux conditions 1 et 2 :

1- lorsque les roues sont droites ou forment un angle de braquage α inférieur à une valeur prédéterminée αb ( α ≤ αb ), la roue ayant la plus faible vitesse (ou la plus lente) déterminée lors de la phase 0 d'analyse/évaluation (étape 50) est considérée comme étant la roue la plus lente RIO (Rient = RIO) (étape 58), en phase 1 pour deux raisons :

- cette roue est susceptible de faire passer le couple au sol ;

- la roue rapide a une forte probabilité d'avoir déjà creusé le sol et aura donc un effort en couple supplémentaire à fournir pour surmonter l'obstacle créé après creusement du sol. 2- lorsque les roues sont braquées à partir d'un angle de braquage déterminé ( α > αb ), la roue extérieure Rext (Rlente = Rext) 60 est choisie comme roue lente afin de ne pas générer plus de sous virage.

On considère comme roue extérieure la roue la plus éloignée du point théorique de rotation du véhicule.

La figure 4 montre l'évolution dans le temps des vitesses des roues droites Vrd et gauches Vrg ainsi que la vitesse du véhicule Vv en fonction de l'angle du volant AvI (angle de braquage) actionné par le conducteur de l'automobile. Lorsque le volant est tourné vers la gauche (seuil Sh de αb dépassé par le haut), la roue droite Vrd est plus rapide que la roue gauche Vrg plus lente (temps TO- T1 ). Puis lorsque le volant est tourné de la gauche vers la droite (seuil Sb αb dépassé par le bas), la roue gauche Vrg devient plus rapide que la roue droite Vrd (temps T2-T3) en passant par une période transitoire de temps (T1 -T2) ou les deux roues ont sensiblement la même vitesse. La vitesse du véhicule diminue temporairement pendant cette période transitoire (T1 -T2).

Dans le cas B, correspondant au choix de la roue lente dans les situations de présence de pente et/ou dévers :

Si le résultat de l'étape 52 est « oui » (voir figure 3), le procédé comporte une étape de calcul du signe 62 du produit AX ^* AY et de détermination de la roue lente : où AX exprime l'accélération longitudinale selon un axe X longitudinal du véhicule et AY exprimant l'accélération selon un axe Y

perpendiculaire à l'axe X ; AX et AY pouvant prendre respectivement des valeurs positives ou négatives.

- si le produit AX*AY est positif, la roue droite Rdr est choisie comme roue lente (Rlente = Rdr) (étape 64), - si le produit AX*AY est négatif, la roue gauche Rgr est choisie comme roue lente (Rlente = Rgr) (étape 66),

La figure 5 montre un tableau de choix de la roue lente par le procédé selon l'invention en cas de pente et/ou de dévers.

En évolution sur le terrain, le signe des pentes AX et dévers AY peut changer. Le changement de signe peut entraîner le changement du choix de la roue lente ; le choix pouvant être conditionné par des priorités.

Suivant un ordre croissant des priorités, le changement de roue n'est possible que si :

1/ le signe de la multiplication (AX ^* AY) s'inverse. 2/ le critère de stabilité de roue n'est pas rempli.

Le critère de stabilité des roues est estimé sur un temps T comme suit : a) si la Vitesse de roue lente = Vitesse de roue rapide, le sol est dur donc autorisation d'inversion du choix de la roue lente. b) si la Vitesse de roue lente < Vitesse de roue rapide, le sol est meuble et donc pas d'autorisation d'inversion de roue. c) si la Vitesse véhicule = 0 et T1 = T en ms et roue lente stable alors changement de roue.

Le critère de stabilité de roue peut être aussi déterminé comme suit : d) si la vitesse de la roue lente est égale à la vitesse de la roue rapide pendant un certain temps dépendant de la pente, alors le sol permet le passage du couple et il y a inversion du choix de la roue lente, e) si les deux vitesses des roues lente et rapide sont sur leurs consignes de vitesse pendant un certain temps dépendant de la pente, alors le sol est non adhérent et il y a changement de roue, f) si la vitesse du véhicule est égale à 0 sur un temps supérieur à une valeur prédéterminée en secondes le changement de roue est imposé.

La figure 6 montre un exemple de l'évolution de la variation des vitesses des roues ainsi que la vitesse du véhicule lors de changement de roue (Phase 1 ). Entre un temps initial TcO et un temps suivant Td , la vitesse de la roue droite Vrd croit, la vitesse de la roue gauche Vrg reste stable et inférieure à la vitesse de la roue droite, la vitesse du véhicule est nulle.

Au temps Td , le changement de roue est autorisé, représenté à la figure 6 par le passage de l'indicateur Chr de d à c2, puis retour à d . La vitesse de la roue droite Vrd diminue alors que celle Vrg de la roue gauche augmente. La vitesse Vv du véhicule commence à augmenter.

Au temps suivant Tc2, les vitesses des roues devenant égales, un nouveau changement de roue est effectué représenté par un nouveau passage de l'indicateur Chr de d à c2 puis retour à d . La vitesse du véhicule Vv continue d'augmenter vers une valeur souhaitée par le conducteur.

La figure 7 montre un synoptique montrant les différentes étapes de la phase 3 du procédé selon l'invention. Dans une étape 100, le procédé tient compte de la volonté du conducteur 100 par la définition de l'accélération voulue et dans cette étape : le conducteur accélère 102, maintient l'accélération 104, ou décélère 106 ;

Dans une étape 108, le procédé fait évoluer la consigne de vitesse pour atteindre la meilleure accélération possible soit une augmentation de la consigne 112, soit une diminution de la consigne 114.

Par meilleure accélération possible, on entend une accélération optimisée pour correspondre à un compromis entre la volonté du conducteur et l'état du véhicule. Dans une étape 110, le procédé mesure la réponse de l'accélération du véhicule selon que la consigne diminue 114 ou augmente 112, et la réponse est, soit une augmentation de l'accélération Agi ou Ag2, soit une accélération constante Ad ou Ac2 soit une diminution de l'accélération Ab1 ou Ab2.

A l'étape 120, la mesure de la réponse de l'accélération du véhicule est conforme à la volonté du conducteur.

A l'étape 122, si la mesure de la réponse de l'accélération du véhicule n'est pas conforme à la volonté du conducteur, le procédé change la valeur de la consigne 1 12, 1 14 pour obtenir la réponse de l'accélération voulue.

Les résultats obtenus par un véhicule équipé avec le dispositif selon l'invention dans différentes situations de vie sont : 1/ En situation de décollage :

- sur faible adhérence, recherche permanente de la motricité (Phase 1 ). Le véhicule reste contrôlable grâce à la stratégie du choix de la roue motrice à freiner en fonction de l'angle volant (angle de braquage), de la pente et/ou du dévers. - sur haute adhérence, plus de coupure moteur.

2/ En progression :

Sur faible adhérence, motricité et dirigeabilité importante. Plus de sensation de frustration.

Dans la boue, recherche permanente de la motricité. On notera que bien que l'invention ait été décrite principalement dans le cas d'un dispositif agissant sur le freinage des roues motrices (répartiteur de freinage), un autre type de dispositif, notamment du type différentiel dissymétrique, piloté de manière à répartir le couple sur les roues motrices du véhicule, rentre également dans le champ d'application de la présente invention.