EP1912809A1 - Systeme et procede d'estimation d'au moins une caracteristique d'une suspension de vehicule automobile - Google Patents

Systeme et procede d'estimation d'au moins une caracteristique d'une suspension de vehicule automobile

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Publication number
EP1912809A1
EP1912809A1 EP06794503A EP06794503A EP1912809A1 EP 1912809 A1 EP1912809 A1 EP 1912809A1 EP 06794503 A EP06794503 A EP 06794503A EP 06794503 A EP06794503 A EP 06794503A EP 1912809 A1 EP1912809 A1 EP 1912809A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
suspension
wheel
vehicle
characteristic
estimating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06794503A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal Gouriet
Karine Candau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP1912809A1 publication Critical patent/EP1912809A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B60G17/0182—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method involving parameter estimation, e.g. observer, Kalman filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/10—Acceleration; Deceleration
    • B60G2400/102—Acceleration; Deceleration vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/10—Acceleration; Deceleration
    • B60G2400/104—Acceleration; Deceleration lateral or transversal with regard to vehicle
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
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    • B60G2400/10—Acceleration; Deceleration
    • B60G2400/106—Acceleration; Deceleration longitudinal with regard to vehicle, e.g. braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/18—Automatic control means
    • B60G2600/187—Digital Controller Details and Signal Treatment
    • B60G2600/1871—Optimal control; Kalman Filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/70—Estimating or calculating vehicle parameters or state variables

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for estimating at least one characteristic of a suspension connecting a motor vehicle wheel to the body thereof.
  • the characteristics of a suspension connecting a wheel of a motor vehicle to the body thereof are magnitudes affecting the road holding of the vehicle and the effectiveness of anti-lock wheel systems and control of the trajectory of the vehicle. vehicle.
  • Systems are known for estimating certain characteristics of the suspension. Typically, these systems comprise sensors measuring the travel directly and means for estimating the travel speed, the mass of the vehicle and the stiffness and damping coefficients of the suspension.
  • Such systems use maps to estimate these characteristics. These maps are determined at the factory for a set of vehicles of the same category.
  • the object of the present invention is to solve the aforementioned problem by proposing a system estimating characteristics of the suspension with precision and robustness vis-à-vis the state of operation thereof.
  • the subject of the invention is a system for estimating at least one characteristic of at least one suspension of a motor vehicle, the or each suspension connecting a wheel of a motor vehicle to the body thereof, characterized in that it comprises means for acquiring the vertical accelerations of the wheel and the body in a reference system of the vehicle and means for calculating the at least one characteristic of the suspension according to the vertical accelerations acquired from the wheel and the body.
  • the invention comprises one or more of the following characteristics: each of the at least one characteristic is chosen from the group consisting of the travel of the suspension, the speed of travel of the suspension, the coefficient of stiffness of the suspension, the damping coefficient of the suspension, the spring force of the suspension and the damping force of the suspension; -
  • the means for calculating the at least one characteristic are able to calculate it based on a single-wheel mechanical model of the wheel connected to the body thereof by means of the suspension;
  • the calculating means comprise means forming a Kalman estimator able to estimate the at least one characteristic from the single-wheel mechanical model;
  • the means forming a Kalman estimator are suitable for implementing an extended Kalman estimator of the state vector
  • the means for calculating the at least one characteristic are adapted to calculate it by relying on a single-wheel mechanical model the wheel taking into account load transfers at the wheel;
  • the means for acquiring the vertical accelerations of the wheel and of the body comprise an accelerometer arranged in the body in line with the wheel;
  • the vehicle is equipped with four suspensions connecting four wheels to the body thereof, and comprises, associated with each assembly consisting of a suspension connecting a wheel to the vehicle body, accelerometers for measuring the vertical accelerations of the wheel and the cashier.
  • the invention also relates to a method for estimating at least one characteristic of a motor vehicle suspension, the at each suspension connecting a wheel of a motor vehicle to the body thereof, characterized in that comprises a step of acquiring the vertical accelerations of the wheel and the body in a reference system of the vehicle and a step of calculating the at least one characteristic of the suspension as a function of the vertical accelerations acquired from the wheel and the body.
  • FIG. 1 is a mechanical model of a motor vehicle wheel connected to the body thereof by a suspension;
  • FIG. 2 is a schematic view of a system according to the invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of the method implemented by the system of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a graph in which the displacement estimated by the system of FIG. 2 and the displacement measured by a sensor are plotted as a function of time;
  • FIG. 5 is a graph in which the travel speed estimated by the system of FIG. 2 and the derivative of the displacement measured by a sensor are plotted as a function of time; and FIG. 6 is a graph in which the displacement estimated by the system of FIG. 2 is plotted as a function of time, taking into account the load transfer on the vehicle wheel and the displacement measured by a sensor.
  • FIG. 1 there is illustrated a single-wheeled mechanical model of a wheel R of a 4-wheeled motor vehicle, connected to the body C of the latter by means of a suspension Su, the wheel R being in contact with the soil So.
  • the body C has a mass brought back to the wheel of m c .
  • the suspension Su is modeled by a spring of coefficient of stiffness
  • the distance between the wheel R and the body C is called deflection.
  • a c are the vertical accelerations of the wheel and the body respectively, that is to say the accelerations of the wheel and the body according to the Oz axis of a Ref reference of the motor vehicle.
  • the above model represents well the transmission of the solicitations of the ground through the suspension until the box, but does not take account of the transfers of load.
  • the vertical load supported by the suspension varies during turns, braking and accelerations.
  • the front suspension supports an additional vertical load and the rear suspension is relieved of the same load. It is said that there is a load transfer from the rear to the front during braking, and this load transfer generates an additional force that applies to the body and causes a low frequency movement of the body.
  • This system is designated by the general reference 10 and comprises a single-axis accelerometer 12 arranged at the center of the wheel and measuring the vertical acceleration A 1 . of it.
  • the system 10 also comprises a single-axis accelerometer 14 arranged in the vehicle body to the right of the wheel and measuring the vertical acceleration A c of the body.
  • Each of the accelerometers 12, 14 comprises means 16, 18 forming a transmitting antenna for the delivery of an electromagnetic signal representative of the vertical acceleration A 1 . , A c it measures.
  • Receiving antenna means 20 are provided in the system 10 for receiving the signals emitted by the accelerometers 12, 14 and extracting from these signals the accelerations A 1 . , A c measured by these.
  • the means 20 are connected to a low-pass filter 22 adapted to process the accelerations A 1 . , A c of the wheel and the body delivered by the means 20 by applying to each a low-pass filtering noise in the high frequencies.
  • the filtering of the accelerations is for example implemented in a frequency range substantially equal to the range [0; 50] Hz. In a variant, the low-pass filter 22 is omitted.
  • the bandpass filter 22 is furthermore connected to an analog / digital converter 24, for example an order 0, a buffer sampler adapted to digitize with a predetermined sampling period T, for example between about 50 Hz and 1000 Hz. , filtered accelerations and thus output digital accelerations A 1 . (k), A c (k) of the wheel and the body, where k represents the k th time of sampling.
  • an analog / digital converter 24 for example an order 0, a buffer sampler adapted to digitize with a predetermined sampling period T, for example between about 50 Hz and 1000 Hz. , filtered accelerations and thus output digital accelerations A 1 . (k), A c (k) of the wheel and the body, where k represents the k th time of sampling.
  • the sampler 24 is connected to a computing unit 26 which estimates the state vector z as a function of the digital accelerations A 1 . (k), A c (k) from the state representation according to the relations (1) discretized according to the period T. More particularly, the computing unit 26 comprises a module 28 implementing an extended Kalman estimator of the state vector z according to the relationships:
  • h (z- (k)) (z 3 (k) z 4 (k) 0 ⁇ ) z " (k) (V)
  • P " (k) is the prediction of the covariance of the estimation error at time k
  • P (k) is the estimate of the covariance from the error at time k
  • K (k) is the Kalman gain at time k
  • Q 0 is the covariance of the state noise
  • Q is the covariance of the measurement noise of the vertical acceleration of the wheel
  • R is the covariance of the measurement noise of the vertical acceleration of the body.
  • the covariances Q and R are for example provided by the accelerometer manufacturers 12, 14 or they are determined during an earlier statistical study also carried out to determine the covariance Q 0 .
  • the Kalman estimator starts, for example, with the prediction of the vector z when the vehicle is started by selecting, for the initial value of the state vector z, a value of travel of the vehicle at rest stored in the module 28 and determined during the previous study or a zero travel value, a zero travel speed, the latest estimates of the stiffness and suspension damping coefficients determined during the last implementation of the Kalman estimator or the values of the these coefficients given by the manufacturer of the suspension if the Kalman estimator is implemented for the first time.
  • the unit 26 also comprises a calculation module 30 connected to the estimation module 28 and able to calculate at each sampling instant k: - an estimate K c (k) of the stiffness coefficient of the suspension in
  • the unit 26 is connected to a control and diagnostic unit 32 able to control the operation of the vehicle and to diagnose the operating state of the suspension as a function of the
  • the accelerometer 14 is an accelerometer triax measuring the vertical acceleration A c, A longi longitudinal and lateral A lat of the box, that is to say measuring the cash the accelerations along the OZ, OY and OY axes of the Vehicle Ref.
  • the measurements of these accelerations are emitted by means 16, 18 forming the transmission antenna accelerometers 12 and 14 received by the receiving antenna means 20 and filtered and sampled by the filter 22 and the sampler 24.
  • a lat (k) of the box, and the numerical accelerator A r (k) of the wheel are then delivered to the estimation module 28.
  • the module 28 implements, according to these, an extended Kalman estimator of the z-state vector similar to that previously described in which the relations (3), (4), (5) and (7) are replaced by the following relationships (12), (13), (14) and (15) respectively:
  • the module 30 calculates the estimated K c (k), R c (k), F spring (k) and ⁇ a mor isseur t (k) as described above.
  • FIG. 4 is a flowchart of the method according to the invention implemented by the system of FIG. 2.
  • a first initialization step 40 the various parameters necessary for the estimation of the state vector z by the extended Kalman estimation, namely the covariances Q, R 1 Qo and the initial value of the state vector z are determined.
  • a c (k) or the numerical measurements A r (k), A c (k), A longi (k), A lat (k) and A c (k) at the instant k of the accelerations of the wheel and the cashier are
  • a prediction z ⁇ (k) of the state vector z is calculated, and then, at 46, an estimate z (k) of the state vector z is calculated.
  • F spring (k) and F damper (k) are calculated according to the estimate z (k) and the mass m c of the body brought back to the wheel.
  • Step 50 then loops to step 42 for a new computation cycle.
  • FIG. 4 is a graph in which the travel estimated by the first embodiment of the system of FIG. 2 and the deflection measured by a sensor are plotted as a function of time.
  • FIG. 5 is a graph in which the travel speed estimated by the first system embodiment of FIG. 2 and the derivative of the displacement measured by a sensor are plotted as a function of time.
  • the first embodiment of the system according to the invention accurately estimates the variations of the travel and the travel speed of the suspension mainly caused by the transmission of the solicitations of the ground to the vehicle body to through the suspension.
  • FIG. 6 is a graph in which the displacement estimated by the second system embodiment of FIG. 2 is plotted as a function of time, taking into account the load transfer on the vehicle wheel and the displacement measured by a sensor.
  • this second embodiment of the system according to the invention accurately estimates the variations of the travel and the travel speed of the suspension caused by the transmission of the solicitations of the ground.
  • This second embodiment also accurately estimates the demands of slow dynamics. Indeed, taking into account load transfers at the wheel makes it possible to estimate movements of very low frequencies of the vehicle body due for example to the braking, acceleration and turning of the vehicle.
  • a feature estimation system for a motor vehicle suspension has been described based on a nonlinear mechanical representation model.
  • the system is capable of estimating the travel and travel speed of the suspension by implementing a Kalman estimator based on a discretization of one or the other of the representations.
  • linear state according to the following relations (16) and (17), the coefficients K c , R c of stiffness and damping and the mass m c of the body brought to the wheel being considered constant and of known values:
  • this system can be applied to any number of suspensions.
  • the system comprises four pairs of accelerometers, namely a pair of accelerometers for measuring the vertical accelerations of the wheel and the body. being associated with each suspension as previously described. The system then determines in the manner previously described the characteristics of this suspension as a function of the measurements delivered by this pair of accelerometers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système d'estimation d'au moins une caractéristique d'une suspension de véhicule automobile, la ou chaque suspension raccordant une roue de véhicule automobile à la caisse de celui-ci. Ce système comprend des moyens (12, 14) d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse dans un référentiel du véhicule et des moyens (26) de calcul de la au moins une caractéristique de la suspension en fonction des accélérations verticales acquises de la roue et de la caisse.

Description

Système et procédé d'estimation d'au moins une caractéristique d'une suspension de véhicule automobile.
La présente invention concerne un procédé et un système d'estimation d'au moins une caractéristique d'une suspension raccordant une roue de véhicule automobile à la caisse de celui-ci.
Les caractéristiques d'une suspension raccordant une roue de véhicule automobile à la caisse de celui-ci sont des grandeurs intervenant sur la tenue de route du véhicule et l'efficacité des systèmes d'anti-blocage de roue et de contrôle de la trajectoire du véhicule.
On connaît des systèmes d'estimation de certaines caractéristiques de la suspension. Typiquement, ces systèmes comprennent des capteurs mesurant directement le débattement et des moyens d'estimation de la vitesse de débattement, de la masse du véhicule et des coefficients de raideur et d'amortissement de la suspension.
De tels systèmes utilisent des cartographies pour estimer ces caractéristiques. Ces cartographies sont déterminées en sortie d'usine pour un ensemble de véhicule de la même catégorie.
De fait, ces systèmes s'avèrent peu robustes à des variations dans le fonctionnement de la suspension, comme l'état d'usure des amortisseurs. Aussi, la précision de ces systèmes peut être non satisfaisante.
Le but de la présente invention est de résoudre le problème susmentionné en proposant un système estimant des caractéristiques de la suspension avec précision et robustesse vis-à-vis de l'état de fonctionnement de celle-ci.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'estimation d'au moins une caractéristique d'au moins une suspension de véhicule automobile, la ou chaque suspension raccordant une roue de véhicule automobile à la caisse de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse dans un référentiel du véhicule et des moyens de calcul de la au moins une caractéristique de la suspension en fonction des accélérations verticales acquises de la roue et de la caisse.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - chacune de la au moins une caractéristique est choisie dans le groupe consistant en le débattement de la suspension, la vitesse de débattement de la suspension, le coefficient de raideur de la suspension, le coefficient d'amortissement de la suspension, l'effort de ressort de la suspension et l'effort d'amortissement de la suspension ; - les moyens de calcul de la au moins une caractéristique sont propres à calculer celle-ci en se fondant sur un modèle mécanique mono-roue de la roue raccordée à la caisse de celui-ci au moyen de la suspension ;
- les moyens de calcul comprennent des moyens formant estimateur de Kalman propres à estimer la au moins une caractéristique à partir du modèle mécanique mono-roue ;
- les moyens formant estimateur de Kalman sont propres à mettre en œuvre un estimateur de Kalman étendu du vecteur d'état
(Z1 Z2 Z3 z4 )τ = où Z1 , i=1 , ... ,4, est une variable d'état, deb est le débattement, Vdeb est la vitesse de débattement, mc est la masse de la caisse du véhicule ramenée à la roue, Kc est le coefficient de raideur de la suspension et Rc est le coefficient d'amortissement de la suspension ;
- les moyens formant estimateur de Kalman sont propres à estimer le vecteur d'état (X1 x2 )τ = (deb Vdeb)τ , où deb est le débattement de la suspension et Vdeb la vitesse de débattement de la suspension ;
- il comprend en outre des moyens d'acquisition des accélérations longitudinale et latérale de la caisse, et en ce que les moyens de calcul de la au moins une caractéristique sont adaptés pour calculer celle-ci en se fondant sur un modèle mécanique mono-roue de la roue tenant compte de transferts de charge au niveau de la roue ; - les moyens d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse comprennent un accéléromètre agencé dans la caisse au droit de la roue ;
- le véhicule est muni de quatre suspensions raccordant quatre roues à la caisse de celui-ci, et comporte, associé à chaque ensemble composé d'une suspension raccordant une roue à la caisse du véhicule, des accéléromètres pour mesurer les accélérations verticales de la roue et de la caisse.
L'invention a également pour objet un procédé d'estimation d'au moins une caractéristique d'une suspension de véhicule automobile, la au chaque suspension raccordant une roue de véhicule automobile à la caisse de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse dans un référentiel du véhicule et une étape de calcul de la au moins une caractéristique de la suspension en fonction des accélérations verticales acquises de la roue et de la caisse.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un modèle mécanique d'une roue de véhicule automobile raccordé à la caisse de celui-ci par une suspension ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un système selon l'invention ;
- la figure 3 est un organigramme du procédé mis en œuvre par le système de la figure 2 ;
- la figure 4 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps le débattement estimé par le système de la figure 2 et le débattement mesuré par un capteur ;
- la figure 5 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps la vitesse de débattement estimée par le système de la figure 2 et la dérivée du débattement mesuré par un capteur ; et - la figure 6 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps le débattement estimé par le système de la figure 2 en prenant en compte le transfert de charge sur la roue du véhicule et le débattement mesuré par un capteur. Sur la figure 1 , il est illustré un modèle mécanique mono-roue d'une roue R d'un véhicule automobile à 4 roue, raccordée à la caisse C de celui-ci au moyen d'une suspension Su, la roue R étant en contact avec le sol So.
Dans ce modèle, la caisse C possède une masse ramenée à la roue de mc . La suspension Su est modélisée par un ressort de coefficient de raideur
Kc en parallèle avec amortisseur de coefficient d'amortissement Rc . Enfin la roue R possède une masse mr et le pneumatique de celle-ci est modélisé par un ressort de coefficient de raideur K1. .
La distance entre la roue R et la caisse C est appelée débattement.
A l'aide du principe fondamental de la dynamique, il peut être montrer que le modèle mécanique mono-roue de la figure 1 satisfait aux relations suivantes :
où t est le temps, deb est le débattement, Vdeb est la vitesse de débattement, et A1. et Ac sont les accélérations verticales de la roue et de la caisse respectivement, c'est-à-dire les accélérations de la roue et de la caisse selon l'axe Oz d'un référentiel Ref du véhicule automobile.
Le modèle ci-dessus représente bien la transmission des sollicitations du sol à travers la suspension jusqu'à la caisse, mais ne tient pas compte des transferts de charge. En effet, la charge verticale supportée par la suspension varie lors des virages, freinages et accélérations. Par exemple, en freinage, la suspension avant supporte une charge verticale supplémentaire et la suspension arrière est délestée de cette même charge. On dit qu'il y a un transfert de charge de l'arrière vers l'avant en freinage, et ce transfert de charge engendre une force supplémentaire qui s'applique sur la caisse et provoque un mouvement basse fréquence de la caisse.
L'effort du aux transferts de charge s'écrit en fonction des accélérations latérale et longitudinale de la caisse du véhicule selon la relation Transfert = ccAlongi + βAlat , où α et β sont des coefficients de transfert de charge prédéterminés, est l'accélération longitudinale de la caisse et Alat est l'accélération latérale de la caisse.
Pour tenir compte des sollicitations au niveau du sol et des sollicitations au niveau de la caisse dues aux transferts de charge en virage, freinage ou accélération, la représentation d'état selon les relations (1 ) se réécrit alors :
Les coefficients α et β sont déterminés selon les relations
2h
- GC = - E π - a et β = — pour la roue avant gauche du véhicule, v
O 1 O 1
- CC = - et β = pour la roue avant droite du véhicule,
E - a
2h . o 2h
- ce = — et β = pour la roue arrière droite du véhicule, et a v
2h . a 2h
- ce = — et β = — pour la roue avant gauche du véhicule, a v où E est l'empattement du véhicule, v est la voie du véhicule, h est la hauteur du centre de gravité du véhicule et a est la position du centre de gravité par rapport au milieu de l'essieu avant du véhicule.
Il va maintenant être décrit en relation avec la figure 2 premier mode de réalisation d'un système d'estimation des caractéristiques d'une suspension de véhicule automobile raccordant une roue à la caisse de celui-ci, se fondant sur le modèle mono-roue de représentation d'état selon les relations (1 ) et plus particulièrement sur une discrétisation de cette représentation d'état.
Ce système est désigné sous la référence générale 10 et comporte un accéléromètre 12 mono-axe agencé au niveau du centre de la roue et mesurant l'accélération verticale A1. de celle-ci.
Le système 10 comprend également un accéléromètre 14 mono-axe agencé dans la caisse du véhicule au droit de la roue et mesurant l'accélération verticale Ac de la caisse.
Chacun des accéléromètres 12, 14 comprend des moyens 16, 18 formant antenne d'émission pour la délivrance d'un signal électromagnétique représentatif de l'accélération verticale A1. , Ac qu'il mesure.
Des moyens 20 formant antenne de réception sont prévus dans le système 10 pour recevoir les signaux émis par les accéléromètres 12, 14 et extraire de ces signaux les accélérations A1. , Ac mesurées par ceux-ci. Les moyens 20 sont connectés à un filtre passe-bas 22 adapté pour traiter les accélérations A1. , Ac de la roue et de la caisse délivrées par les moyens 20 en leur appliquant à chacune un filtrage passe-bas du bruit dans les hautes fréquences. Le filtrage des accélérations est par exemple mis en œuvre dans une gamme de fréquences sensiblement égale à la gamme [0 ; 50] Hz. En variante, le filtre passe-bas 22 est omis.
Le filtre passe-bande 22 est par ailleurs connecté à un convertisseur analogique/numérique 24, par exemple un échantillonneur bloqueur d'ordre 0, adapté pour numériser avec une période d'échantillonnage prédéterminée T, par exemple comprise entre environ 50 Hz et 1000 Hz, les accélérations filtrées et ainsi délivrer en sortie des accélérations numériques A1. (k) , Ac(k) de la roue et de la caisse, où k représente le kιeme instant d'échantillonnage.
L'échantillonneur 24 est connecté à une unité de calcul 26 qui estime le vecteur d'état z en fonction des accélérations numériques A1. (k) , Ac(k) à partir de la représentation d'état selon les relations (1 ) discrétisée selon la période T. Plus particulièrement, l'unité de calcul 26 comprend un module 28 mettant en œuvre un estimateur de Kalman étendu du vecteur d'état z selon les relations :
B(k) = (θ T 0 0) (5) p-{k) = A{k).P{k - \).Aτ{k) + B{k).Q{k).Bτ{k) + QQ{k) (6) h(z-(k))= (z3 (k) z4(k) 0 θ)z"(k) (V) C(k) = (z3-(k) Z4 " (k) Zf (k) Z2 " (k)) (8) κ{k) = p- {k).cτ {k).(c{k).p- {k).cτ {k) + R{k)Y (9) p(k) = (i -κ(k).c(k))p-(k) (10) z(k) = z-(k)+ K(k).(Ac(k)- h(z-(k))) (H)
où z~ (k) = |zj" (k) Z2 " (k) z3 (k) z4 (k)]~ est la prédiction du
vecteur d'état z à l'instant k, z(k) = (Zl(k) z2(k) z3 (k) z4(k))τ est
l'estimation du vecteur d'état z à l'instant k, P"(k) est la prédiction de la covariance de l'erreur d'estimation à l'instant k, P(k) est l'estimation de la covariance de l'erreur à l'instant k, K(k) est le gain de Kalman à l'instant k, Q0 est la covariance du bruit d'état, Q est la covariance du bruit de mesure de l'accélération verticale de la roue et R est la covariance du bruit de mesure de l'accélération verticale de la caisse.
Les covariances Q et R sont par exemples fournies par les constructeurs des accéléromètres 12, 14 ou bien elles sont déterminées lors d'une étude statistique antérieure également réalisée pour déterminer la covariance Q0.
L'estimateur de Kalman débute par exemple par la prédiction du vecteur z lors du démarrage du véhicule en sélectionnant, pour la valeur initiale du vecteur d'état z, une valeur de débattement du véhicule au repos mémorisée dans le module 28 et déterminée lors de l'étude antérieure ou bien une valeur de débattement nulle, une vitesse de débattement nulle, les dernières estimations des coefficients de raideur et d'amortissement de la suspension déterminés lors de la dernière mise en œuvre de l'estimateur de Kalman ou les valeurs de ces coefficients données par le constructeur de la suspension si l'estimateur de Kalman est mis en œuvre pour la première fois.
L'unité 26 comprend également un module 30 de calcul raccordé au module 28 d'estimation et propre à calculer à chaque instant d'échantillonnage k : - une estimation Kc(k) du coefficient de raideur de la suspension en
multipliant l'estimation z3(k) = — -(k) de la troisième variable du vecteur d'état mc z par la masse mc de la caisse ramenée à la roue ;
- une estimation Rc(k) du coefficient d'amortissement de la
suspension en multipliant l'estimation z4(k) = — - de la quatrième variable du mc vecteur d'état z par la masse mc de la caisse ramenée à la roue ;
- une estimation Fressort(k) de l'effort de ressort de la suspension en
Λ multipliant l'estimation z1(k) = deb(k) de la premier variable du vecteur d'état z par l'estimation Kc(k) du coefficient de raideur de la suspension ; et
- une estimation Famortisseur (k) de l'effort d'amortissement de la
Λ suspension en multipliant l'estimation z2(k) = Vdeb(k) de la seconde variable du vecteur d'état z par l'estimation Rc(k) du coefficient d'amortissement de la suspension. Enfin, l'unité 26 est connectée à une unité de commande et de diagnostic 32 propre à commander le fonctionnement du véhicule et à diagnostiquer l'état de fonctionnement de la suspension en fonction des
Λ Λ estimations Z1(Ic) = deb(k) , z2 (k) = Vdeb(k) , Kx (k) , Rx (k) , Fressort (k) et ^amortisseur (k) calculées par les modules 28, 30 d'estimation et de calcul.
Il va maintenant être décrit, toujours en référence avec la figure 2, un second mode de réalisation du système selon l'invention se fondant sur le modèle mono-roue de représentation d'état selon les relations (2) et plus particulièrement une discrétisation de cette représentation selon la période d'échantillonnage T.
Ce mode de réalisation est structurellement analogue au premier mode de réalisation décrit ci-dessus. Dans le second mode de réalisation, l'accéléromètre 14 est un accéléromètre tri-axe mesurant les accélérations verticale Ac , longitudinale Alongi et latérale Alat de la caisse, c'est-à-dire mesurant les accélérations de la caisse selon les axes OZ, OY et OY du référentiel Réf du véhicule.
Les mesures de ces accélérations sont émises par les moyens 16, 18 formant antenne d'émission des accéléromètres 12 et 14, reçues par les moyens 20 formant antenne de réception puis filtrées et échantillonnées par le filtre 22 et l'échantillonneur 24. Les accélérations numériques Ac(k) , (k) ,
Alat(k)de la caisse, et l'accélérateur numérique Ar(k) de la roue sont alors délivrées au module 28 d'estimation.
Le module 28 met en œuvre, en fonction de celles-ci, un estimateur de Kalman étendu du vecteur d'état z analogue à celui décrit précédemment dans lequel les relations (3), (4), (5) et (7) sont remplacées par les relations (12), (13), (14) et (15) suivantes respectivement :
1 T 0 0
- Z3Ot - I)T l - z4(*: - l)T - Z1(Ar - I)T - z2(λ: - l)T
A(k) = (13)
0 0 1 0
0 0 0 1
h(z"(k))= [z3 (k) Z4 (k) 0 θ]z"(k)+ [θ α (15) Enfin, le module 30 calcule les estimations Kc(k) , Rc(k) , Fressort(k) et ^amortisseur (k) de la manière décrite précédemment.
La figure 4 est un organigramme du procédé selon l'invention mis en œuvre par le système de la figure 2.
Dans une première étape 40 d'initialisation, les différents paramètres nécessaires à l'estimation du vecteur d'état z par l'estimation de Kalman étendu, à savoir les covariances Q, R1 Qo et la valeur initiale du vecteur d'état z sont déterminées.
Dans une étape 42 suivante, les mesures numériques A1. (k) et
Ac(k) , ou bien les mesures numériques Ar(k) , Ac(k) , Alongi (k) , Alat(k)et Ac(k) à l'instant k des accélérations de la roue et de la caisse sont
déterminées par filtrage et échantillonnage. En 44, une prédiction z~(k)du vecteur d'état z est calculée, puis, en 46, une estimation z(k) du vecteur d'état z est calculée.
Dans une étape 48 suivante, les estimations Kc(k) , Rc(k) ,
Fressort(k) et Famortisseur (k) sont calculés en fonction de l'estimation z(k) et de la masse mc de la caisse ramenée à la roue.
Une étape 50 de commande du fonctionnement du véhicule et de diagnostic de l'état de fonctionnement de la suspension en fonction des estimations Z1(Ic) = deb(k) , z2 (k) = Vdeb(k) , Kc(k) , Rc (k) , Fressort (k) et
^amortisseur (k) est a'ors déclenchée. L'étape 50 boucle ensuite sur l'étape 42 pour un nouveau cycle de calcul.
La figure 4 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps le débattement estimé par le premier mode de réalisation du système de la figure 2 et le débattement mesuré par un capteur. La figure 5 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps la vitesse de débattement estimée par le premier mode de réalisation système de la figure 2 et la dérivée du débattement mesuré par un capteur. Comme il est possible de le constater, le premier mode de réalisation du système selon l'invention estime avec précision les variations du débattement et de la vitesse de débattement de la suspension principalement provoquées par la transmission des sollicitations du sol à la caisse du véhicule à travers la suspension. La figure 6 est un graphique dans lequel sont tracés en fonction du temps le débattement estimé par le second mode de réalisation système de la figure 2 en prenant en compte le transfert de charge sur la roue du véhicule et le débattement mesuré par un capteur.
Comme il est possible de le constater, ce second mode de réalisation du système selon l'invention estime avec précision les variations du débattement et de la vitesse de débattement de la suspension provoquées par la transmission des sollicitations du sol. Ce second mode de réalisation estime également avec précision les sollicitations de dynamiques lentes. En effet, la prise en compte des transferts de charge au niveau de la roue permet d'estimer des mouvements de très basses fréquences de la caisse du véhicule dus par exemple au freinage, à l'accélération et au virage du véhicule.
Il a été décrit un système d'estimation de caractéristiques d'une suspension de véhicule automobile se fondant sur un modèle mécanique de réprésentation d'état non linéaire. En variante, le système est propre à estimer le débattement et la vitesse de débattement de la suspension en mettant en œuvre un estimateur de Kalman se fondant sur une discrétisation de l'une ou l'autre des représentations d'état linéaire selon les relations (16) et (17) suivantes, les coefficients Kc , Rc de raideur et d'amortissement et la masse mc de la caisse ramenée à la roue étant considérés comme constants et de valeurs connues :
De même, il a été décrit un système d'estimation de caractéristiques d'une suspension de véhicule automobile.
En variante, ce système peut être appliqué à un nombre quelconque de suspensions. Par exemple, pour l'estimation des caractéristiques des quatre suspensions d'un véhicule muni de quatre roues, le système comporte quatre paires d'accéléromètres, à savoir une paire d'accéléromètres pour la mesure des accélérations verticales de la roue et de la caisse étant associé à chaque suspension de la manière décrite précédemment. Le système détermine alors de la manière décrite précédemment les caractéristiques de cette suspension en fonction des mesures délivrées par cette paire d'accéléromètres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'estimation d'au moins une caractéristique d'au moins une suspension (Su) de véhicule automobile, la ou chaque suspension (Su) raccordant une roue (R) du véhicule à la caisse (C) de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12, 14) d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse dans un référentiel du véhicule et des moyens (26) de calcul de la au moins une caractéristique de la suspension en fonction des accélérations verticales acquises de la roue et de la caisse.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chacune de la au moins une caractéristique est choisie dans le groupe consistant en le débattement de la suspension, la vitesse de débattement de la suspension, le coefficient de raideur de la suspension, le coefficient d'amortissement de la suspension, l'effort de ressort de la suspension et l'effort d'amortissement de la suspension.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (26) de calcul de la au moins une caractéristique sont propres à calculer celle-ci en se fondant sur un modèle mécanique mono-roue de la roue raccordée à la caisse de celui-ci au moyen de la suspension.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (26) de calcul comprennent des moyens (28) formant estimateur de Kalman propres à estimer la au moins une caractéristique à partir du modèle mécanique mono-roue.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (28) formant estimateur de Kalman sont propres à mettre en œuvre un estimateur de Kalman étendu du vecteur d'état
(Z1 Z2 Z3 z4 )τ = où Z1 , i=1 , ... ,4, est une variable d'état, deb est le débattement, Vdeb est la vitesse de débattement, mc est la masse de la caisse du véhicule ramenée à la roue, Kc est le coefficient de raideur de la suspension et Rc est le coefficient d'amortissement de la suspension.
6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (28) formant estimateur de Kalman sont propres à estimer le vecteur d'état (X1 X2 )τ = (deb Vdeb)τ , où deb est le débattement de la suspension et Vdeb la vitesse de débattement de la suspension.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (12) d'acquisition des accélérations longitudinale et latérale de la caisse, et en ce que les moyens (26) de calcul de la au moins une caractéristique sont adaptés pour calculer celle-ci en se fondant sur un modèle mécanique mono-roue de la roue tenant compte de transferts de charge au niveau de la roue.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (12, 14) d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse comprennent un accéléromètre (14) agencé dans la caisse au droit de la roue.
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule est muni de quatre suspensions raccordant quatre roues à la caisse de celui-ci, et en ce qu'il comporte, associé à chaque ensemble composé d'une suspension raccordant une roue à la caisse du véhicule, des accéléromètres pour mesurer les accélérations verticales de la roue et de la caisse.
10. Procédé d'estimation d'au moins une caractéristique d'au moins une suspension (Su) de véhicule automobile, la au chaque suspension (Su) raccordant une roue (R) de véhicule automobile à la caisse (C) de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (42) d'acquisition des accélérations verticales de la roue et de la caisse dans un référentiel du véhicule et une étape (44, 46, 48) de calcul de la au moins une caractéristique de la suspension en fonction des accélérations verticales acquises de la roue et de la caisse.
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