DIRECTRICES D'UN VEHICULE

Domaine technique L'invention concerne un procédé de commande de la direction d'un véhicule, et notamment d'un véhicule industriel du type camion. Elle concerne plus spécifiquement les véhicules attelés comportant une articulation entre un tracteur et une remorque. Il peut donc s'agir d'un véhicule du type semi-remorque, dans lequel la semi-remorque est articulée au niveau d'une sellette sur un tracteur. Il peut également s'agir d'un attelage comportant un camion du type porteur, à l'arrière duquel est articulée une remorque.

L'invention concerne plus particulièrement les véhicules dans lesquels la direction fonctionne sans colonne de direction mécanique, mais par l'intermédiaire d'un circuit de commande électrique, électro-hydraulique ou hydraulique, commandant un actionneur agissant sur l'angle de braquage des roues directrices.

Ce type de commande de direction est généralement appelée "steer by wire".

L'invention concerne donc plus précisément un procédé de commande de l'angle de braquage des roues directrices, destiné à faciliter la tâche du chauffeur lors des manœuvres de marche arrière. En effet, compte tenu de l'articulation entre le tracteur et la remorque, les manœuvres de marche arrière qui ne sont pas en ligne droite nécessitent d'enchaîner de façon appropriée les opérations de braquage et de contre braquage.

Techniques antérieures

Comme déjà évoqué, les manœuvres de marche arrière, par exemple lors de mise à quai, ou d'opérations de stationnement, nécessitent une certaine habilité de la part du chauffeur, compte tenu de l'articulation entre les deux parties du véhicule. Cette habileté est d'autant plus nécessaire que le champ de vision directe du chauffeur est relativement limité, voire inexistant puisque les rétroviseurs sont montés sur le véhicule tracteur, et ne permettent pas de visualiser l'espace à

l'arrière de la remorque, lorsque celle-ci n'est pas parfaitement alignée avec le tracteur.

Pour faciliter les manœuvres de marche arrière sur différents véhicules, des solutions ont déjà été proposées, mettant en œuvre un dispositif d'acquisition d'image, situé à l'arrière du véhicule, et permettant de visualiser l'espace situé à l'arrière de la remorque. De tels systèmes ont notamment été décrits dans les documents DE 101 42 367, US 6 366 221, et US 6 564 122.

Le Demandeur a décrit dans le document WO2004/022413 un dispositif permettant d'une part, d'afficher le champ de vision arrière du véhicule en mode direct, sans renversement d'images tel qu'on l'obtient avec un miroir, et d'autre part, d'inverser le sens de braquage des roues sous l'action de déplacement du volant de direction.

Ceci facilite la conduite en marche arrière dans la mesure où le chauffeur se retrouve virtuellement positionné à l'arrière du véhicule. Ce système est bien adapté sur les véhicules du type porteur. En revanche, sur les véhicules articulés, il reste nécessaire pour le chauffeur d'enchaîner les étapes de braquage et de contre- braquage de manière adéquate pour réaliser la manœuvre de marche arrière.

D'un camion à l'autre, les repères du chauffeur peuvent changer, en fonction de l'empattement du tracteur, de l'emplacement du point d'articulation, ainsi que de la longueur de la remorque.

Exposé de l'invention

L'invention a pour objectif de faciliter les opérations de manœuvre en marche arrière sur les véhicules articulés. L'invention concerne donc plus précisément un procédé de commande de l'angle de braquage des roues directrices d'un véhicule attelé, comportant un tracteur et une remorque articulée par rapport au tracteur. Ce procédé permet d'élaborer des consignes à appliquer sur un actionneur agissant sur l'angle de braquage.

Conformément à l'invention, pendant les manœuvres de marche arrière :

" on sélectionne un point cible par lequel on souhaite faire passer la trajectoire du véhicule ;

" on détermine une consigne d'angle entre l'axe de la remorque et l'axe du tracteur, en fonction de la localisation du point cible et de la géométrie du véhicule ;

• on commande l'angle de braquage des roues directrices selon un asservissement qui fait tendre l'angle mesuré entre l'axe de la remorque et celui du tracteur, vers cette valeur de consigne préalablement calculée.

Autrement dit, l'invention consiste à faire en sorte que, pendant les manœuvres en marche arrière, le système de direction soit piloté automatiquement, pour amener le véhicule à un endroit préalablement déterminé par le chauffeur. Le dispositif de commande de l'actionneur responsable de l'angle de braquage pilote ce dernier de telle manière à amener l'attelage dans une configuration qui permette d'atteindre le point visé. Les phases de braquage et de contre-braquage sont donc enchaînées automatiquement de telle sorte qu'à la fin de la manœuvre, le point visé est atteint. Cette opération se réalise donc sans aucune intervention du chauffeur sur l'organe de commande de direction qui est inhibé. Le chauffeur n'agit que sur la commande d'accélération.

La sélection du point cible peut s'effectuer de différentes manières.

Ainsi, dans une première variante, la sélection du point cible peut être affichée en cabine, sur un écran de visualisation du champ de vision arrière du véhicule. Dans ce cas, le chauffeur peut voir en permanence le point qu'il a préalablement sélectionné, par exemple par une mire présente sur un écran. La sélection à proprement parlé du point cible peut se faire grâce à une action sur l'organe de commande de direction, et typiquement le volant, puisque le dispositif de commande du braquage assurera la commande de l'actionneur de façon autonome.

-A- En pratique, le chauffeur peut faire évoluer la position du point cible en agissant sur son volant pendant la manœuvre de marche arrière automatisée. Il peut également enregistrer la position du point cible au début de la manœuvre, cette position étant mémorisée, et éventuellement actualisée sur l'écran de visualisation par un recalcul prenant en compte le déplacement du véhicule, et donc l'évolution du champ de vision arrière.

Dans une autre variante, la sélection du point cible peut être réalisée de façon automatique, par le choix d'une manœuvre de déplacement à effectuer. Plus précisément, lorsque le véhicule se trouve dans une position à proximité des zones de stationnement, il est possible de proposer au chauffeur différentes manœuvres, telles que la réalisation d'un créneau, une manœuvre de stationnement en épi à un angle prédéterminé, ou un stationnement à 90° à gauche ou à droite. Dès lors que le chauffeur a sélectionné la manœuvre qu'il souhaite effectuer, le dispositif de commande de l'actionneur de braquage agit conformément au procédé, de façon autonome.

Avantageusement en pratique, au moment de sa sélection, le point cible sélectionné peut être situé à une distance prédéterminée de l'arrière de la remorque. Autrement dit, le point cible peut être déterminé par ses coordonnées dans un repère lié à la remorque, et dont un axe correspond à l'axe longitudinal de cette dernière. Dans ce cas, le point cible se trouve avec une coordonnée fixe dans ce repère, et peut s'écarter latéralement de l'axe de la remorque.

La détermination de la commande de l'angle de braquage peut prendre en considération plusieurs composantes se cumulant avantageusement.

Ainsi, une première composante de la commande de l'angle de braquage est fonction du rayon de courbure de la trajectoire du point d'articulation de la remorque par rapport au tracteur. Ce rayon de courbure est déterminé par rapport à la géométrie du véhicule, et notamment la position de l'essieu arrière fixe de la remorque, ainsi que de la position du point visé.

La commande de l'angle de braquage peut intégrer une seconde composante qui est fonction, notamment par un traitement proportionnel, et/ou intégral et/ou dérivé, de la différence entre l'angle réel mesuré entre les axes du tracteur et de la remorque, et l'angle de consigne optimal au niveau de l'attelage.

En pratique, la commande de l'angle de braquage des roues peut comporter une composante supplémentaire, qui est prise en compte lorsque l'angle entre les axes du tracteur et de la remorque dépasse un seuil prédéterminé, en vue de réduire cet angle. En effet, il importe que la commande du braquage ne conduise pas à une configuration dans laquelle le tracteur s'écarte trop fortement de l'axe de la remorque, au risque de venir heurter cette dernière, et se retrouver dans une position couramment appelée de "mise en portefeuille".

Description sommaire des figures

La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :

La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un camion évoluant dans un environnement permettant la mise en œuvre de l'invention.

La figure 2 est une vue en perspective sommaire de l'intérieur d'une cabine d'un véhicule mettant en œuvre le procédé conforme à l'invention.

La figure 3 est un organigramme montrant de façon schématique l'enchaînement des étapes de l'invention. La figure 4 est un diagramme simplifié montrant le fonctionnement des différentes étapes de l'invention.

La figure 5 est une vue schématique de dessus d'un camion sur lequel sont représentés les différents angles et distances utilisés dans la mise en œuvre de l'invention. La figure 6 est une vue analogue à la figure 5, montrant le camion dans une configuration particulière.

Manière de réaliser l'invention

Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé de commande de l'angle de braquage des roues directrices d'un véhicule articulé, tel qu'illustré à la figure 1. Un tel véhicule 1 comprend donc un tracteur 2 comportant deux essieux 3,4, ainsi qu'une sellette 5 sur laquelle est articulé le point d'attache d'une remorque 8. Cette remorque 8 comprend en partie arrière deux essieux 9, 10 ainsi qu'un dispositif d'acquisition d'image 12 représenté schématiquement sur la paroi supérieure de la remorque 8.

Comme illustré à la figure 2, ce dispositif d'acquisition d'image 12 permet d'afficher le champ de vision arrière du véhicule sur un écran 15. A la figure 2, cet écran 15 est disposé au niveau central et haut du pare-brise, mais il va de soi qu'il pourrait être disposé dans un autre endroit, sans sortir du cadre de l'invention.

De la sorte, en combinaison avec les deux rétroviseurs gauche et droit 16, 17, le chauffeur a à sa disposition différents champs de vision complémentaires, et qui ne se recouvrent pas obligatoirement si la remorque 8 et le tracteur 2 ne sont pas alignés.

Le champ de vision affiché sur l'écran 15 peut être inversé, de la même manière qu'il l'est dans les rétroviseurs extérieurs, pour éviter de perturber les repères du chauffeur. Mais il peut également être en vision directe, conformément aux enseignements du brevet WO2004/022414.

Conformément à l'invention, le chauffeur peut effectuer une sélection d'un point cible sur lequel il souhaite voir passer la trajectoire de son véhicule, en marche arrière. La figure 2 illustre un exemple dans lequel cette sélection se fait par l'intermédiaire de l'écran de visualisation du champ 15. Plus précisément, au moment d'initier la manœuvre de marche arrière, et par exemple donc à l'enclenchement d'une marche arrière, le chauffeur peut passer en mode de sélection de la cible, en déplaçant une mire 20 sur l'écran 15 par l'intermédiaire de son volant 21. Le déplacement du volant assure le décalage latéral de la mire dans

un sens ou dans l'autre, et le calcul caractéristique de l'invention est alors mené à bien.

Il est également possible que la sélection du point cible se déroule en deux étape, à savoir une visée, suivie d'une confirmation par exemple par l'intermédiaire d'un bouton 23, ou d'un interrupteur ou analogue. Ainsi, lorsque la mire 20 coïncide avec le point cible visé par le chauffeur, ce dernier effectue une opération de validation de cette position qui va initier le calcul caractéristique de l'invention.

Dans des variantes non illustrées, il est également possible de sélectionner la manœuvre à réaliser et donc un point cible par le choix d'une manœuvre du type créneau, à droite ou à gauche par exemple.

Comme illustré à la figure 3, le procédé conforme à l'invention comporte donc une première étape 25 au cours de laquelle le chauffeur sélectionne le point cible par lequel la trajectoire du véhicule doit passer. Puis, cette sélection effectuée, le procédé se poursuit par une étape 26 de calcul de l'angle θ _c correspondant à l'angle idéal que doit adopter l'axe du tracteur par rapport à l'axe de la remorque. Ce premier calcul engendre, selon l'étape 27, le calcul de la consigne βo d'angle de braquage, qui est appliquée au dispositif commandant l'actionneur responsable de la variation de l'angle de braquage des roues directrices. Ce procédé se poursuit tant que le point cible n'est pas atteint, ce qui est vérifié par l'étape 28.

Si le chauffeur ne modifie pas le point cible, selon le test 29, alors le procédé se poursuit de façon continue par un calcul 27 de la consigne β ₀ d'angle de braquage. En effet, de par la cinématique du véhicule, les manœuvres de braquage font mécaniquement évoluer l'angle θ de l'articulation entre le tracteur et la remorque, qui intervient dans le calcul de la consigne d'angle de braquage βo, comme exposé ci-après.

En revanche, si le chauffeur modifie sa sélection du point cible, alors un nouveau calcul 26 de l'angle θ _c est effectué, et le procédé se poursuit par un nouveau calcul de la consigne d'angle de braquage βo, selon l'étape 27.

Le déroulement du procédé apparaît de façon détaillée à la figure 4 en combinaison avec la figure 5 sur laquelle apparaissent les points et axes caractéristiques du procédé. Ainsi, dès lors que le chauffeur a déterminé grâce à son volant 21 la position du point cible, et qu'il l'a éventuellement validée en agissant par exemple sur un interrupteur ou sélecteur approprié 23, le procédé conforme à l'invention est enclenché, par la détermination 30 du point cible visé C, visible à la figure 5. Cette détermination consiste à convertir la position de la mire 20 présente sur l'écran 15, en coordonnées du point cible. Cette détermination se fait par le calcul des coordonnées x _C; y _c de ce point C dans un repère basé sur le point A, situé à l'aplomb de l'essieu fixe arrière de la remorque. Dans le cas où la remorque comporte plusieurs essieux fixes arrières, ce point A est situé à un niveau médian entre les essieux. Le repère caractéristique est donc formé par l'axe 33 de la remorque et un axe perpendiculaire 34 passant par le point A. Par hypothèse, au moment de la sélection, le point cible C se trouve avec une coordonnée x _c selon l'axe 33 qui adopte une valeur prédéterminée, pouvant aller jusqu'à quelques dizaines de mètres environ. Le point cible peut s'écarter latéralement de l'axe 33 de la remorque. La position de la mire 20 sur l'écran correspond donc à un écart latéral de la mire par rapport à l'axe 33 de la remorque, qui est converti en la coordonnée y _c selon l'axe 34 du repère. Dans ces conditions, le déplacement de la mire 20 selon une seule direction horizontale suffit à déterminer la position du point cible C.

De la sorte, il est possible de calculer la position du centre de rotation idéale

R situé à équidistance du point visé C et du point A situé au niveau de l'essieu arrière, ce centre de rotation R étant aligné avec l'axe 34 passant par l'essieu arrière. Cet axe 34 étant perpendiculaire à l'axe 33 de la remorque, le point R est ainsi clairement défini.

Ce centre de rotation R permet de déterminer l'axe selon lequel la poussée exercée par le tracteur doit idéalement s'appliquer au niveau du point B d'articulation entre la remorque et le tracteur. Cette poussée doit idéalement s'exercer selon un axe 37 qui est perpendiculaire à la droite 36 reliant le centre de rotation R et le point d'articulation B.

De la sorte, il est possible de déterminer à l'étape 32 la valeur d'un angle θ _c correspondant à l'angle idéal que doit adopter l'axe du tracteur 38 par rapport à l'axe de la remorque 33. De manière chiffrée, et par application de règles

géométriques basiques, cet angle de consigne vaut 0 _c , où x _c ,y _c

sont les coordonnées du point cible C dans le repère évoqué précédemment.

Un capteur d'angle 31 disposé au niveau du point d'articulation B permet de mesurer l'angle réel θ mesuré entre l'axe 33 de la remorque et celui 38 du tracteur.

Conformément à l'invention, l'asservissement utilisé pour la commande de l'angle de braquage combine plusieurs composantes qui se cumulent.

Une première composante est calculée, à l'étape 35, à partir de la position du point de rotation R, combinée avec la géométrie du véhicule et plus précisément du tracteur. Cette première composante P ₁ vise à orienter les roues directrices de manière optimale lorsque l'angle entre l'axe 38 du tracteur et l'axe 33 de la remorque atteint la valeur d'angle de consigne θ _c évoquée ci-avant. Cette configuration, illustrée à la figure 6, est telle que les plans 39 des roues sont sensiblement tangents à des cercles de centre R. Cette première composante P ₁ est donc prépondérante lorsque le tracteur et la remorque forment entre eux un angle se rapprochant de la valeur θc, donc en particulier vers la fin de la manœuvre.

En tenant compte d'approximations sur le parallélisme des roues directrices,

la première composante βi se calcule comme suit . P ₁ = tan ^~L ( ) , dans laquelle

BD est la distance séparant le point d'articulation B du niveau du point D situé au niveau de l'essieu directeur du tracteur, et RB est la distance séparant le point de rotation idéal R du point d'articulation B de la remorque par rapport au tracteur,

soit, en application de règles géométriques basiques, RB =

Le calcul de la consigne β ₀ d'angle de braquage peut inclure une seconde composante β ₂ résultant d'un traitement de la différence entre l'angle réel θ et l'angle de consigne θ _c . Cette seconde composante a donc pour but de permettre au véhicule de rejoindre la trajectoire dans laquelle l'angle entre le tracteur et la remorque a atteint la valeur de consigne θ _c . Elle est donc prépondérante au début de la manœuvre, lorsque l'attelage est dans une configuration éloignée de celle qui doit idéalement conduire au point cible et qui est illustrée à la figure 6. La différence (θ-θ _c ) peut être filtrée par un régulateur PID 40 pour donner la seconde composante β ₂ permettant la détermination de la consigne d'angle de braquage βo, d(θ -θ _c ) selon l'équation suivante : β ₂ - k ₂ .(θ -θ _c ) + k ₃ .- dt

En pratique, le coefficient k ₂ est déterminé en fonction des empattements combinés de la remorque et du tracteur. Ce coefficient ne doit pas être trop élevé pour éviter d'engendrer des phénomènes de contre-braquage trop rapides. Il doit toutefois être suffisant pour permettre au véhicule d'atteindre la trajectoire souhaitée le plus rapidement possible. Le coefficient k ₃ du régulateur PID 40 assure une fonction d'amortissement, et limite la vitesse de variation de la consigne β ₀ d'angle de braquage, lorsque la vitesse de variation de l'angle θ est trop importante. Ces coefficients peuvent également dépendre d'une éventuelle limitation de la vitesse du véhicule, mise en œuvre lors des manœuvres de marche arrière. En effet, si la vitesse est limitée, les risques de mise en portefeuille sont

plus réduits, et il est alors possible d'utiliser des coefficients plus élevés pour le

PID 40, donnant une correction plus réactive.

Cette seconde composante β ₂ vient s'ajouter à la première composante P ₁ , au niveau de l'additionneur 41. Ces deux composantes sont importantes pour appliquer au dispositif de commande du braquage des roues directrices une consigne qui permette d'atteindre le point cible le plus rapidement possible.

Par ailleurs, pour éviter la mise en portefeuille du camion, dans le cas où l'angle θ viendrait à être trop important, une troisième composante β ₃ est calculée. Cette composante est prise en compte par le seuil 47 uniquement lorsque l'angle θ dépasse une valeur prédéterminée θ ₀ , au-delà de laquelle ce risque existe. Lorsque ce risque se présente, cette composante β ₃ devient prépondérante par rapport aux première βi et seconde β ₂ composantes évoquées ci-avant. En effet, son objectif essentiel est d'éviter que le tracteur ne vienne heurter la remorque, en injectant dans le calcul de la consigne β ₀ d'angle de braquage, une composante de contre- braquage qui s'oppose rapidement à l'augmentation excessive de l'angle θ, en valeur absolue. On notera toutefois que cette troisième composante constitue un aspect optionnel de l'invention, dans la mesure où elle a pour objectif de surveiller automatiquement l'apparition de situations potentielles de mise en portefeuille, surveillance qui peut être effectuée par le chauffeur lui-même. Autrement dit, l'invention couvre des variantes de réalisation dans lesquelles cette troisième composante n'est pas calculée.

Cette composante β ₃ , après filtrage par un régulateur PID 48 est soustraite aux deux autres composantes β _1; β ₂ , elles-mêmes additionnées pour donner la consigne d'angle de braquage β ₀ .

Avantageusement, cette somme β ₀ est saturée 49 pour éviter de dépasser l'angle maximum de braquage β _max autorisé par le système de direction. Cet angle

βo est ensuite utilisé comme consigne par le dispositif 50 assurant la commande de l'actionneur 51 responsable de la variation de l'angle de braquage β.

Ainsi, dans le cas d'un actionnement hydraulique, le vérin 51 est alimenté de telle sorte que son piston se déplace pour modifier l'angle de braquage β de la roue associée.

Ainsi, cet angle de braquage est ajusté automatiquement sans intervention du chauffeur, au fur et à mesure que le véhicule progresse en direction du point cible, selon une trajectoire qui se définit selon les asservissements décrits ci avant, en fonction du point cible sélectionné.

En pratique, les différentes étapes du procédé, et notamment les différents calculs et les asservissements peuvent être réalisées par l'intermédiaire d'un ou plusieurs calculateurs embarqués, grâce à des moyens logiciels et/ou matériels programmés à cet effet.

Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention permet de faciliter les opérations de marche arrière d'un véhicule articulé, dans lequel la visibilité arrière est inexistante, pour lequel les manœuvres sont complexes.