EP1924450A2 - Procede et systeme de diagnostic de l'etat de pneumatiques d'un vehicule automobile - Google Patents

Procede et systeme de diagnostic de l'etat de pneumatiques d'un vehicule automobile

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Publication number
EP1924450A2
EP1924450A2 EP06808306A EP06808306A EP1924450A2 EP 1924450 A2 EP1924450 A2 EP 1924450A2 EP 06808306 A EP06808306 A EP 06808306A EP 06808306 A EP06808306 A EP 06808306A EP 1924450 A2 EP1924450 A2 EP 1924450A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
accelerations
wheels
tires
vehicle
stiffness
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06808306A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Le Bret
Zahir Djama
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 EP1924450A2 publication Critical patent/EP1924450A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/06—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing the condition of tires of a front wheel and a rear wheel of a motor vehicle arranged on the same side of the vehicle and connected to the body thereof by means of suspensions. , the method comprising a step of acquiring vertical accelerations of said wheels in a reference system of the vehicle.
  • the present invention also relates to a diagnostic system implementing such a method.
  • the object of the present invention is to solve the aforementioned problem by proposing a method and a system capable of diagnosing tire anomalies, such as a treadwearing or treadwearing, and this even if it is inflated properly.
  • the subject of the invention is a method for diagnosing the condition of tires of a front wheel and a rear wheel of a motor vehicle arranged on the same side of the vehicle and connected to the body of the vehicle. by means of suspensions, the method comprising a step of acquiring the vertical accelerations of said wheels in a reference system of the vehicle, characterized in that it comprises:
  • the step of time registration comprises a step of calculating the intercorrelation of the accelerations acquired and a step of applying a delay corresponding to the maximum inter-correlation calculated at the acceleration gained from the front wheel;
  • the step of estimating the coefficients of stiffness is capable of estimating them from single-wheel mechanical models of said wheels connected to the vehicle body by means of the suspensions;
  • the step of estimating the stiffness coefficients is suitable for estimating them by relying on a discrete time modeling of the recalibrated accelerations of said wheels according to the relation:
  • Avr (k) where k is the k th sampling instant, mrr and mra are the masses of the front and rear wheels respectively, Avr and Ava are the vertical accelerations of the rear and front wheels, respectively, and Zvr Zva are the altitudes of the rear wheel centers and before respectively in the reference system of the vehicle, Kpr and Kpa are the stiffness coefficients of the tires of the front and rear wheels respectively, and n is a time of registration corresponding to a time difference between the rear and front wheels undergoing the same portion of roadway ;
  • the estimation step is capable of estimating said stiffness coefficients based on a discrete time modeling of the corrected accelerations of the front and rear wheels according to the relation:
  • Ava (k) where k is the k th sampling instant, mrr and mra are the masses of the front and rear wheels respectively, Avr and Ava are the vertical accelerations of the rear and front wheels, respectively, and Zvr Zva are the altitudes of the rear wheel centers and before respectively in the reference system of the vehicle, Kpr and Kpa are the stiffness coefficients of the tires of the front and rear wheels respectively, and n is a time of registration corresponding to a time difference between the rear and front wheels undergoing the same portion of roadway ; the estimation step is capable of estimating said coefficients of stiffness from a mechanical bicycle model of the body assimilated to a mass connected to the front and rear wheels by means of the suspensions; the estimation step is capable of estimating said stiffness coefficients based on a discrete time modeling of the corrected accelerations of the front and rear wheels according to the relation:
  • k is the k J'e e m e th sampling instant
  • mrr and mra are the masses of the front and rear wheels respectively
  • Avr and Ava are the vertical accelerations of the rear and front wheels, respectively
  • Zvr Zva are height of the centers of the rear and front wheels respectively in a vehicle reference system
  • Kpr and Kpa are the stiffness coefficients of the tires of the front and rear wheels respectively
  • n is a time of registration corresponding to a time difference between the rear and front wheels undergoing the same portion of the roadway
  • Kca and Kcr are the stiffness coefficients of the suspensions of the front and rear wheels respectively
  • Zva and Zvr are the speeds of the centers of the front and rear wheels respectively
  • the step of estimating stiffness coefficients of the tires is suitable for implementing a recursive algorithm of the least squares in real time
  • the step of determining the state of the tires comprises, for each tire, a step of comparing its determined stiffness coefficient with a predetermined threshold value and a step of diagnosing the state of the tire, which determines that the it is defective if its determined stiffness coefficient is greater than the threshold value;
  • the invention relates to a system for diagnosing the condition of tires of a front wheel and a rear wheel of a motor vehicle arranged on the same side of the vehicle and connected to the body thereof by means of suspensions. , the system comprising means for acquiring vertical accelerations of said wheels in a reference system of the vehicle, characterized in that it is suitable for implementing a method as defined above.
  • the invention also relates to a system adapted to implement the aforementioned method.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the calculation hypothesis used by the system according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a first embodiment of the system according to the invention
  • - Figure 3 is a schematic view of a mechanical model of a motor vehicle wheel connected to the body thereof by means of a suspension;
  • FIG. 4 is a schematic view of a second mechanical model of a front and rear wheel of a motor vehicle arranged on the same side of the vehicle and connected to the body thereof by means of suspension;
  • FIG. 5 is a flowchart of the method according to the invention implemented by the system of FIG. 3.
  • FIG. 1 illustrates the progress of a motor vehicle on a roadway between two instants t and t + ⁇ t.
  • the front and rear wheels arranged on the same side of the vehicle undergo with a time shift ⁇ t depending on the speed V and the wheelbase d of the vehicle, the same road profile.
  • This phenomenon can be modeled according to the relation:
  • Zsa (t) Zsr (t + ⁇ t) (1)
  • t is the time
  • ⁇ t is the time between the passage of the rear wheel on a point of the road, the passage of the front wheel on the same point
  • Zsa is the altitude of the ground at the level of the front wheel
  • Zsr is the altitude of the ground at the level of the rear wheel.
  • FIG. 2 schematically illustrates, under the general reference 10, a first embodiment of the system according to the invention for diagnosing the condition of tires of a front wheel and a rear wheel of a vehicle.
  • This system 10 comprises an accelerometer 12, 14 fitted to each of these wheels to measure the acceleration Ava, Avr at its center along a vertical axis in a reference system of the vehicle.
  • This accelerometer 12, 14 is for example a single-axis accelerometer or tri-axis mounted in the center of the wheel. It is adapted to provide, via a wired link 16, a signal representative of the vertical acceleration Avr, Ava in the center of the wheel.
  • 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 Avr, Ava measured by them.
  • the means 20 are connected to a bandpass filter 22 adapted to process the accelerations Avr, Ava of the wheels delivered by the means 20 by applying a band-pass filtering.
  • This filtering is implemented in a frequency range in which the power of the modes of the front and rear wheels is concentrated. This frequency range corresponds to the rolling resistance range and is for example substantially equal to the range [8; 20] Hz.
  • the band-pass filter 22 is furthermore connected to an analog-to-digital converter 24, for example a 0-order sample-and-hold device, adapted to digitize according to a predetermined sampling period Te, for example between approximately 0.001 seconds and 0, 02 second, filtered accelerations and thus output numerical accelerations Avr (k), Ava (k) of the front and rear wheels, where k represents the k ' th sampling time.
  • an analog-to-digital converter 24 for example a 0-order sample-and-hold device, adapted to digitize according to a predetermined sampling period Te, for example between approximately 0.001 seconds and 0, 02 second, filtered accelerations and thus output numerical accelerations Avr (k), Ava (k) of the front and rear wheels, where k represents the k ' th sampling time.
  • sampling of the accelerations may be, for example, applied previously to a bandpass filtering performed in discrete time.
  • the system 10 also comprises means 26 of time registration connected to the converter 24 and adapted to time shift the digital acceleration Ava (k) of the front wheel on the digital acceleration Avr (k) of the rear wheel for outputted accelerations Avr (k), Ava (kn) of the front and rear wheels, corresponding to the same altitude of the ground to apply the hypothesis according to the relationship (1) described above.
  • These adjustment means 26 comprise, for this purpose, calculation means 28 adapted to estimate the digital intercorrelation IC (N) of the accelerations Avr (k), Ava (k) delivered by the converter 24 according to the relation:
  • IC (N) ⁇ Avr (k) xAva (N -k) (2)
  • the calculation means 28 are adapted to implement an estimator of this cross-correlation, as is known per se in the field of signal processing.
  • the retiming means 26 also comprise, connected to the calculation means 28, means 30 for determining the maximum of the intercorrelation IC (N) and the sampling instant n corresponding to this maximum. This instant n corresponds to the time shift nxTe between the front and rear wheels undergoing the same portion of roadway.
  • Time-shift means 32 are connected to the means 30 and to the converter 24, and are suitable for applying a delay of n samples to the acceleration Ava (k) of the front wheel and thus to deliver an acceleration Ava (kn) set back temporally on the acceleration Avr (k) of the rear wheel.
  • the system 10 also comprises means 34 for estimating the coefficients of pneumatic stiffness Kpr, Kpa of the front and rear wheels. These means 34 are connected to the converter 24 to receive the accelerations Avr (k), Ava (k) of the rear and front wheels and the means 26 of registration to receive the acceleration Ava (k-n) recaled from the front wheel.
  • the means 34 are based on the mechanical model of Figure 3 to model the dynamic behavior of each of the front and rear wheels.
  • a single-wheel mechanical model of a wheel R of a four-wheeled motor vehicle connected to the body C of the latter by means of a suspension Su, the wheel R being in contact with soil So.
  • the body C is modeled by a mass brought back to the wheel occupying me, on a vertical axis OZ of the vehicle of a reference system thereof, an altitude Z c with respect to a reference level NRef, for example the altitude So soil at the front wheel when starting the vehicle.
  • the suspension Su is modeled by a stiffness coefficient spring Kc in parallel with a damper damping coefficient Rc.
  • the wheel R is modeled by a mass Mr occupying on the axis OZ an altitude Zr with respect to the reference level Nref.
  • the tire of the latter is modeled by a stiffness coefficient spring Kp in contact with the ground So which occupies on the axis OZ an altitude Zs relative to the reference level Nref.
  • K (k + 1) gi '1 S (k) X ⁇ (k + l) ( ⁇ 2 (k) + GT 1 A (k + l) s (k) ⁇ (k + 1)) "1 (6)
  • S (k + I) GJ "1 (S (k) -K (k + 1) A (k + 1) S (k)) (7)
  • the means 34 are suitable for calculating the altitudes Zvr (k), Zva (kn) of the centers of the rear wheels and before each sampling instant as a function of the vertical accelerations Avr (k) and Ava (kn), by example by performing a double integration thereof after filtering between 8 Hz and 20 Hz.
  • Another example of a calculation of the altitude of a wheel according to its vertical acceleration is described in the French patent application FR 2,858,267 in the name of the applicant.
  • the estimation means 34 are adapted to implement a real-time least-squares recursive algorithm based on the relation (4) in a manner analogous to that previously described.
  • the means 34 are suitable for implementing an inversion or deconvolution algorithm based on the relation (3) or (4) for estimating the stiffness coefficients.
  • the estimation means 34 are thus adapted to deliver at each sampling instant estimated values Kpa (k) and Kpr (k) of the pneumatic stiffness coefficients of the front and rear wheels.
  • the system 10 finally comprises means 36 for diagnosing the operating state of the accelerometers 12, 14 and the condition of the tires of the front and rear wheels, connected to the estimation means 34 and to the converter 24.
  • the means 36 comprise means 38 for diagnosing the operating state of the accelerometers adapted to test the coherence of the accelerations Avr (k) and Ava (k) with each other over a predetermined period of time, for example between 5 minutes and 10 minutes. minutes. As it has been described previously, it is known that the vertical accelerations of the front and rear wheels are consistent because the wheels undergo with a time shift the same portion of roadway.
  • the means 38 are adapted to calculate the frequency spectra of these accelerations by means of a fast Fourier transform accelerations included in the predetermined period of time and to compare the calculated spectra. If these differ by more than a predetermined value, for example in quadratic error, then the accelerometers are diagnosed as defective by the means 38.
  • the means 38 are further adapted to predict the vertical acceleration of the rear wheel as a function of the vertical acceleration of the front wheel delivered by the converter 24 and the stiffness coefficients of the front and rear wheels calculated by the means 34, to from relation (3) by varying the sampling instant n.
  • the means 38 are also adapted to test the coherence between this predicted acceleration of the rear wheel and the acceleration of the front wheel delivered by the converter 24, for example in the manner previously described for the accelerations delivered by the converter 24. If, in addition, the coherence between these accelerations is not proven, then the means 38 diagnose a malfunction of the accelerometers 12, 14.
  • the means 36 also comprise means 40 for determining the state of the tires connected to the estimating means 34.
  • the means 40 are able to compare each of the stiffness coefficients Kpr (k), Kpa (k) estimated at a predetermined threshold value K threshold and to determine that the corresponding tire is defective if the stiffness coefficient Kpr (k), Kpa ( k) estimated has at least N values greater than the threshold value Kthreshold, where N is a predetermined integer number for example equal to 100.
  • the means 36 are connected to means 42 for delivering to the driver of the vehicle the results of the diagnosis. realized by the means 36, for example, indicator lights arranged on the dashboard of the vehicle and / or a buzzer of the defective state of the tires or the defective state of the accelerometers.
  • Figure 4 is a schematic view of a mechanical model generally referred to as the "bicycle model". This type of model allows in particular to take into account the case of active suspensions equipping the vehicle and applies to front and rear wheels arranged on the same side of the vehicle.
  • Zvr (k) mrr where Zva and Zvr are the first derivatives of the altitudes of the centers of the front and rear wheels respectively, that is to say the speeds of vertical displacement of these.
  • the estimation means 34 are then adapted to implement a recursive algorithm of the least squares in real time based on the relation (11).
  • a (k) f - Ava (k - n) - (Zva (k - n) - Zvr (k)) - Zva (k - n) - - Zvr (k) 1 (13) mrr mrr mnr mrr J
  • the altitudes Zvr (k), Zva (k -n) of the centers of the wheels with respect to the reference level and their first derivatives Zvr (k), Zva (kn) are calculated at each sampling step in a manner similar to the first embodiment, for example by integrating the corresponding vertical accelerations or in a manner described in the French patent application FR 2 858 267.
  • the application of the recursive least squares algorithm in real time based on the bicycle model makes it possible to simultaneously estimate the pneumatic stiffness coefficients Kpa, Kpr as well as the stiffness coefficients Ra and Rr of the suspensions. .
  • FIG. 5 is a flowchart of the method according to the invention implemented by the system of FIG. 2.
  • a first step 100 consists in initializing at zero a front wheel tire anomaly counter and an anomaly counter of FIG. pneumatic rear wheel.
  • a next acquisition step 102 the vertical accelerations Ava, Avr of the front and rear wheels are measured, filtered and sampled.
  • a step 104 of resetting the acceleration Ava of the front wheel on the acceleration Avr of the rear wheel is then triggered.
  • This step 104 comprises a step 106 for calculating the inter-correlation of the numerical accelerations Ava (k), Avr (k) of the front and rear wheels followed by a step 108 for calculating the sampling instant n of the maximum of 1 calculated intercorrelation.
  • the numerical acceleration Ava (k) of the front wheel is then reset to 110 of the instant n on the numerical acceleration Avr (k) of the rear wheel.
  • Kpa (k), Kpr (k) are calculated at 112 according to the digital accelerations recaled by implementing a least-square recursive algorithm in real time based on the single-wheel model or the bicycle model, as previously described.
  • a diagnostic step 114 of the state of the accelerometers 12, 14 is then triggered, as previously described.
  • a test is then performed at 116 to see if at least one of them is defective. If the result of this test is negative, the step 116 loop on the step 102. Otherwise, an audible and / or visual alarm is triggered at 118 to warn the driver of the vehicle of a failure of the accelerometers.
  • a step 120 for determining the condition of the tires is also triggered.
  • This step 120 comprises a step 122 of comparing each coefficient of stiffness Kpa (k), Kpr (k) estimated at 112 to the threshold value K threshold.
  • a test is performed at 124 to find out if the coefficient of stiffness has at least one value greater than the threshold value Kthreshold. If the result of this test is positive, the anomaly counter corresponding to the coefficient of stiffness is incremented in 126 by the number of values of it greater than the threshold value.
  • a test is then implemented at 128 to know if the value of this counter is greater than N. If this is the case, the corresponding tire is diagnosed at 130 as defective and step 118 triggered to warn the driver.
  • step 128 loops on step 102 of acquisition.
  • step 124 loops on step 102 acquisition.
  • the system and method according to the invention diagnose a defective state of a tire and this even if it is properly inflated.
  • the system and the method according to the invention make it possible to detect the presence of under-inflation or wear of the tire band and of a break-off thereof.

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un procédé de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions. Ce procédé comportant une étape (102) d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule, une étape (104) de recalage temporel de l'une des accélérations acquises sur l'autre des accélérations acquises, une étape (112) d'estimation de coefficients de raideur des pneumatiques en fonction des accélérations ainsi recalées temporellement, et une étape (120) de détermination de l'état des pneumatiques en fonction des coefficients de raideur estimés.

Description

Procédé et système de diagnostic de l'état de pneumatiques d'un véhicule automobile
La présente invention concerne un procédé de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions, le procédé comportant une étape d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule.
La présente invention concerne également un système de diagnostic mettant en œuvre un tel procédé.
Il existe des procédés utilisant la mesure de la vitesse de rotation d'une roue de véhicule automobile pour diagnostiquer l'état du pneumatique de celle-ci, et notamment son sous-gonflage. Or, un sous-gonflage non corrigé rapidement provoque une altération irréversible du comportement dynamique du pneumatique, même une fois que celui-ci est regonflé, que les procédés de l'état de la technique ne permettent pas de diagnostiquer.
Le but de la présente invention est de résoudre le problème susmentionné en proposant un procédé et un système capables de diagnostiquer des anomalies d'un pneumatique, tel qu'un déchapage ou une usure de la bande de roulement, et cela même si celui-ci est gonflé de manière convenable.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions, le procédé comportant une étape d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape de recalage temporel de l'une des accélérations acquises sur l'autre des accélérations acquises ;
- une étape d'estimation de coefficients de raideur des pneumatiques en fonction des accélérations ainsi recalées temporellement ; et
- une étape de détermination de l'état des pneumatiques en fonction des coefficients de raideurs estimés ;
- l'étape de recalage temporel comprend une étape de calcul de l'intercorrélation des accélérations acquises et une étape d'application d'un retard correspondant au maximum de lïntercorrélation calculée à l'accélération acquise de la roue avant ;
- l'étape d'estimation des coefficients de raideur est propre à estimer ceux-ci à partir de modèles mécaniques mono-roue desdites roues raccordées à la caisse du véhicule au moyen des suspensions ;
- l'étape d'estimation des coefficients de raideur est propre à estimer ceux-ci en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées desdites roues selon la relation :
Avr(k) = où k est le k'eme instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans le référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, et n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée ;
- l'étape d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées des roues avant et arrière selon la relation :
Ava(k) = où k est le k'eme instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans le référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, et n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée ; - l'étape d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur à partir d'un modèle mécanique bicyclette de la caisse assimilée à une masse raccordée aux roues avant et arrière au moyen des suspensions ; - l'étape d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées des roues avant et arrière selon la relation :
(k)
où k est le k J'èemmee instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans un référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée, Kca et Kcr sont des coefficients de raideur des suspensions des roues avant et arrière respectivement, et Zva et Zvr sont les vitesses des centres des roues avant et arrière respectivement ; - l'étape d'estimation de coefficients de raideur des pneumatiques est propre à mettre en œuvre un algorithme récursif des moindres carrés en temps réel ;
- l'étape de détermination de l'état des pneumatiques comprend, pour chaque pneumatique, une étape de comparaison de son coefficient de raideur déterminé à une valeur de seuil prédéterminée et une étape de diagnostic de l'état du pneumatique propre à déterminer que celui-ci est défectueux si son coefficient de raideur déterminé est supérieur à la valeur de seuil ;
L'invention concerne un système de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions, le système comportant des moyens d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule, caractérisé en ce qu'il est propre à mettre en œuvre un procédé tel que défini ci- dessus. L'invention a également pour objet un système propre à mettre en œuvre le procédé susmentionné.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite uniquement à titre d'exemple et en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma illustrant l'hypothèse de calcul utilisée par le système selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du système selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un modèle mécanique d'une roue de véhicule automobile raccordée à la caisse de celui-ci au moyen d'une suspension ;
- la figure 4 est une vue schématique d'un second modèle mécanique d'une roue avant et arrière d'un véhicule automobile agencées du même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspension ; et
- la figure 5 est un organigramme du procédé selon l'invention mis en œuvre par le système de la figure 3.
La figure 1 illustre l'avancement d'un véhicule automobile sur une chaussée entre deux instants t et t + Δt . Comme il est illustré sur cette figure, les roues avant et arrière agencées du même côté du véhicule subissent avec un décalage temporel Δt dépendant de la vitesse V et de l'empattement d du véhicule, le même profil de chaussée. Ce phénomène peut être modélisé selon la relation :
Zsa(t) = Zsr(t + Δt) (1 ) où t est le temps, Δt est la durée séparant le passage de la roue arrière sur un point de la chaussée, du passage de la roue avant sur ce même point, Zsa est l'altitude du sol au niveau de la roue avant et Zsr est l'altitude du sol au niveau de la roue arrière.
Sur la figure 2, on a illustré schématiquement, sous la référence générale 10, un premier mode de réalisation du système selon l'invention de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions. Ce système 10 comprend un accéléromètre 12, 14 équipant chacune de ces roues pour mesurer l'accélération Ava, Avr en son centre selon un axe vertical dans un référentiel du véhicule. Cet accéléromètre 12, 14 est par exemple un accéléromètre mono-axe ou tri-axe monté au centre de la roue. Il est propre à fournir, via une liaison filaire 16, un signal représentatif de l'accélération verticale Avr, Ava au centre de la roue.
Des moyens 20 sont prévus dans le système 10 pour recevoir les signaux émis par les accéléromètres 12, 14 et extraire de ces signaux les accélérations Avr, Ava mesurées par ceux-ci. Les moyens 20 sont connectés à un filtre passe-bande 22 adapté pour traiter les accélérations Avr, Ava des roues délivrées par les moyens 20 en leur appliquant un filtrage passe-bande. Ce filtrage est mis en œuvre dans une gamme de fréquences dans laquelle se concentre essentiellement la puissance des modes des roues avant et arrière. Cette gamme de fréquences correspond à la gamme de résistance au roulement et est par exemple sensiblement égale à la gamme [8 ; 20] Hz.
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 selon une période d'échantillonnage prédéterminée Te, par exemple comprise entre environ 0,001 seconde et 0,02 seconde, les accélérations filtrées et ainsi délivrer en sortie des accélérations numériques Avr(k), Ava(k) des roues avant et arrière, où k représente le k'eme instant d'échantillonnage.
Bien entendu, un agencement différent des éléments venant d'être décrits est possible. L'échantillonnage des accélérations peut être, par exemple, appliqué antérieurement à un filtrage passe-bande exécuté en temps discret.
Le système 10 selon l'invention comporte également des moyens 26 de recalage temporel connectés au convertisseur 24 et propres à recaler temporellement l'accélération numérique Ava(k) de la roue avant sur l'accélération numérique Avr(k) de la roue arrière pour délivrer en sortie des accélérations recalées Avr(k), Ava(k-n) des roues avant et arrière, correspondant à la même altitude du sol afin d'appliquer l'hypothèse selon la relation (1 ) décrite ci-dessus. Ces moyens 26 de recalage comprennent à cet effet des moyens 28 de calcul adaptés pour estimer l'intercorrélation numérique IC(N) des accélérations Avr(k), Ava(k) délivrées par le convertisseur 24 selon la relation :
+OO
IC(N) = ∑Avr(k)xAva(N -k) (2) Les moyens 28 de calcul sont adaptés pour mettre en œuvre un estimateur de cette intercorrélation, comme cela est connu en soi dans le domaine du traitement du signal.
Les moyens 26 de recalage comprennent également, connectés aux moyens 28 de calcul, des moyens 30 de détermination du maximum de l'intercorrélation IC(N) et de l'instant d'échantillonnage n correspondant à ce maximum. Cet instant n correspond donc au décalage temporel nxTe entre les roues avant et arrière subissant la même portion de chaussée.
Des moyens 32 de décalage temporel sont connectés aux moyens 30 et au convertisseur 24, et sont propres à appliquer un retard de n échantillons à l'accélération Ava(k) de la roue avant et ainsi délivrer une accélération Ava(k-n) recalée temporellement sur l'accélération Avr(k) de la roue arrière.
Le système 10 comprend par ailleurs des moyens 34 d'estimation des coefficients de raideur pneumatique Kpr, Kpa des roues avant et arrière. Ces moyens 34 sont connectés au convertisseur 24 pour recevoir les accélérations Avr(k), Ava(k) des roues arrière et avant et aux moyens 26 de recalage pour recevoir l'accélération Ava(k-n) recalée de la roue avant.
Les moyens 34 se fondent sur le modèle mécanique de la figure 3 pour modéliser le comportement dynamique de chacune des roues avant et arrière. Sur cette figure, il est illustré un modèle mécanique mono-roue d'une roue R d'un véhicule automobile à quatre roues, raccordée à la caisse C de celui- ci au moyen d'une suspension Su, la roue R étant en contact avec le sol So.
La caisse C est modélisée par une masse ramenée à la roue de me occupant, sur un axe OZ vertical du véhicule d'un référentiel de celui-ci, une altitude Zc par rapport à un niveau de référence NRef, par exemple l'altitude du sol So au niveau de la roue avant lors du démarrage du véhicule. La suspension Su est modélisée par un ressort de coefficient de raideur Kc en parallèle avec un amortisseur de coefficient d'amortissement Rc. La roue R est modélisée par une masse Mr occupant sur l'axe OZ une altitude Zr par rapport au niveau de référence Nref. Le pneumatique de celle-ci est modélisé par un ressort de coefficient de raideur Kp en contact avec le sol So qui occupe sur l'axe OZ une altitude Zs par rapport au niveau de référence Nref.
Lorsque le véhicule se déplace, le comportement de ce système mécanique est commandé par l'évolution dans le temps de l'altitude Zs du sol.
Dans ce qui suit, la lettre « a » est ajoutée aux désignations des grandeurs précédentes pour les grandeurs associées à une roue avant et la lettre « r » est ajoutée aux désignations précédentes pour les grandeurs associées à une roue arrière.
En utilisant le principe fondamental de la dynamique appliqué à ce modèle en relation avec l'hypothèse selon la relation (1 ), les accélérations verticales Avr(k), Ava(k) des centres des roues sont modélisées en temps discret selon les relations :
Avr(k) = (3)
Ava(k) (4) où mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, et Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement par rapport au niveau de référence.
En se référant à nouveau à la figure 2, les moyens 34 d'estimation sont adaptés pour mettre en œuvre un algorithme récursif des moindres carrés en temps réel se fondant la relation (3), selon les relations : θ(k + l) = θ(k)+K(k + l)(Avr(k + l)-A(k + l)θ(k)) (5)
K(k + 1) = Gî"1 S(k)Xτ (k + l)(σ2 (k) + GT1 A(k + l)s(k)Aτ (k + 1))"1 (6) S(k + I) = GJ"1 (S(k)- K(k + l)A(k + l)S(k)) (7)
X(k + l) = E(Aτ(k + I)A^ l))T1 (8) σ(k) = Var(e(k)) (9) où (^ est le symbole de la transposée, θ(k) est l'estimée du vecteur
des paramètres θ = à l'instant k, A(k) est le vecteur de régression
Kpr
(Zva(k - à l'instant k, E(Aτ (k)A(k)) est la variance du vecteur Aτ à l'instant k, Var(e(k)) est la variance de l'erreur d'estimation e(k) = Avr(k) - A(k)θ(k) à l'instant k, m est un facteur d'oubli prédéterminé et κ(k), x(k) et S(k) sont des vecteurs ou des matrices intermédiaires utilisées lors de l'estimation du vecteur θ .
De préférence, les moyens 34 sont propres à calculer les altitudes Zvr(k), Zva(k-n) des centres des roues arrière et avant à chaque instant d'échantillonnage en fonction des accélérations verticales Avr(k) et Ava(k-n), par exemple en réalisant une double intégration de celles-ci après leur filtrage entre 8 Hz et 20 Hz. Un autre exemple d'un calcul de l'altitude d'une roue en fonction de son accélération verticale est décrit dans la demande de brevet français FR 2 858 267 au nom de la demanderesse. En variante, les moyens 34 d'estimation sont adaptés pour mettre en œuvre un algorithme récursif des moindres carrés en temps réel se fondant sur la relation (4) d'une manière analogue à celle décrite précédemment.
En variante, les moyens 34 sont propres à mettre en œuvre un algorithme d'inversion ou de déconvolution se fondant sur la relation (3) ou (4) pour estimer les coefficients de raideur.
Les moyens 34 d'estimation sont ainsi propres à délivrer à chaque instant d'échantillonnage des valeurs estimées Kpa(k) et Kpr(k) des coefficients de raideur pneumatique des roues avant et arrière.
Le système 10 comprend enfin des moyens 36 de diagnostic de l'état de fonctionnement des accéléromètres 12, 14 et de l'état des pneumatiques des roues avant et arrière, raccordés aux moyens 34 d'estimation et au convertisseur 24.
Les moyens 36 comprennent des moyens 38 de diagnostic de l'état de fonctionnement des accéléromètres adaptés pour tester la cohérence des accélérations Avr(k) et Ava(k) entre elles sur une période de temps prédéterminée, comprise par exemple entre 5 minutes et 10 minutes. Comme cela a été décrit précédemment, on sait que les accélérations verticales des roues avant et arrière sont cohérentes du fait que les roues subissent avec un décalage temporel la même portion de chaussée.
Par exemple, les moyens 38 sont adaptés pour calculer les spectres fréquentiels de ces accélérations au moyen d'une transformée de Fourier rapide des accélérations comprises dans la période de temps prédéterminée et pour comparer les spectres calculés. Si ceux-ci diffèrent de plus d'une valeur prédéterminée, par exemple en erreur quadratique, alors les accéléromètres sont diagnostiqués comme défectueux par les moyens 38. Pour plus de robustesse dans le diagnostic de l'état de fonctionnement des accéléromètres, en variante, les moyens 38 sont en outre adaptés pour prédire l'accélération verticale de la roue arrière en fonction de l'accélération verticale de la roue avant délivrée par le convertisseur 24 et des coefficients de raideur des roues avant et arrière calculés par les moyens 34, à partir de la relation (3) en faisant varier l'instant n d'échantillonnage. Les moyens 38 sont également adaptés pour tester la cohérence entre cette accélération prédite de la roue arrière et l'accélération de la roue avant délivrée par le convertisseur 24, par exemple de la manière décrite précédemment pour les accélérations délivrées par le convertisseur 24. Si, en outre, la cohérence entre ces accélérations n'est pas avérée, alors les moyens 38 diagnostiquent un dysfonctionnement des accéléromètres 12, 14.
Les moyens 36 comprennent également des moyens 40 de détermination de l'état des pneumatiques connectés aux moyens 34 d'estimation. Les moyens 40 sont propres à comparer chacun des coefficients de raideur Kpr(k), Kpa(k) estimé à une valeur de seuil prédéterminée Kseuil et à déterminer que le pneumatique correspondant est défectueux si le coefficient de raideur Kpr(k), Kpa(k) estimé présente au moins N valeurs supérieures à la valeur de seuil Kseuil, où N est un nombre entier prédéterminé par exemple égal à 100. Enfin, les moyens 36 sont raccordés à des moyens 42 de délivrance au conducteur du véhicule des résultats du diagnostic réalisé par les moyens 36, par exemple des voyants lumineux agencés sur la planche de bord du véhicule et/ou un avertisseur sonore de l'état défectueux des pneumatiques ou de l'état défectueux des accéléromètres. II vient d'être décrit un mode de réalisation se fondant sur un modèle mécanique mono-roue tel qu'illustré sur la figure 3.
D'autres modes de réalisation du système selon l'invention se basant sur d'autres modèles sont possibles. De tels modes de réalisation sont structurellement identiques à celui illustré sur la figure 2, seul l'algorithme mis en œuvre par les moyens 34 d'estimation étant modifié.
Par exemple, en variante, le système se fonde sur le modèle mécanique illustré sur la figure 4. La figure 4 est une vue schématique d'un modèle mécanique généralement désigné sous l'expression de « modèle bicyclette ». Ce type de modèle permet notamment de prendre en compte le cas de suspensions actives équipant le véhicule et s'applique à des roues avant et arrière agencées du même côté du véhicule.
La différence avec le modèle de la figure 1 consiste dans le fait que la caisse C du véhicule est assimilée à une masse me suspendue à la fois sur la roue avant Ra et la roue arrière Rr.
En se fondant sur le principe fondamental de la dynamique appliqué à ce modèle bicyclette ainsi que l'hypothèse selon la relation (1 ), les accélérations verticales Ava(k), Avr(k) des roues avant et arrière sont modélisées en temps discret selon la relation : mra
Ava(k -n) mrr Kpr(k)/Kpa(k)
— (Zva(k - n)- Zvr(k))
Avr(k) = mrr Kpr(k)
(10)
— Zva(k - n) (Kpr(k)/Kpa(k))xKca(k) mnr Kcr(k)
1
Zvr(k) mrr où Zva et Zvr sont les dérivées premières des altitudes des centres des roues avant et arrière respectivement, c'est-à-dire les vitesses de déplacement vertical de celles-ci.
Les moyens 34 d'estimation sont alors adaptés pour mettre en œuvre un algorithme récursif des moindres carrés en temps réel se fondant sur la relation (11 ).
Cet algorithme est analogue à celui décrit précédemment (relations (6) à (10)) avec le vecteur des paramètres défini par la relation : Kpr/Kpa Kpr θ = (12)
( (KKpprr//Kpa)xKca
Kcr et le vecteur de régression défini par la relation :
A(k) = f — Ava(k - n) — (Zva(k -n)- Zvr(k)) — Zva(k - n) — — Zvr(k) 1(13) l^ mrr mrr mnr mrr J
Les altitudes Zvr(k), Zva(k -n) des centres des roues par rapport au niveau de référence et leurs dérivées premières Zvr(k), Zva(k-n) sont calculées à chaque pas d'échantillonnage d'une manière analogue au premier mode de réalisation, par exemple en intégrant les accélérations verticales correspondantes ou d'une manière décrite dans la demande de brevet français FR 2 858 267.
Comme on peut le constater, l'application de l'algorithme récursif des moindres carrés en temps réel se fondant sur le modèle bicyclette permet d'estimer simultanément les coefficients de raideur pneumatiques Kpa, Kpr ainsi que les coefficients de raideur Ra et Rr des suspensions.
La figure 5 est un organigramme du procédé selon l'invention mis en œuvre par le système de la figure 2. Une première étape 100 consiste à initialiser à zéro un compteur d'anomalies du pneumatique de la roue avant et un compteur d'anomalies du pneumatique de la roue arrière.
Dans une étape 102 d'acquisition suivante, les accélérations verticales Ava, Avr des roues avant et arrière sont mesurées, filtrées et échantillonnées. Une étape 104 de recalage de l'accélération Ava de la roue avant sur l'accélération Avr de la roue arrière est alors déclenchée.
Cette étape 104 comprend une étape 106 de calcul de l'intercorrelation des accélérations numériques Ava(k), Avr(k) des roues avant et arrière suivie d'une étape 108 de calcul de l'instant d'échantillonnage n du maximum de l'intercorrelation calculée.
L'accélération numérique Ava(k) de la roue avant est ensuite recalée en 110 de l'instant n sur l'accélération numérique Avr(k) de la roue arrière.
Successivement à l'étape de recalage 104, les coefficients de raideur
Kpa(k), Kpr(k) sont calculés en 112 en fonction des accélérations numériques recalées en mettant en œuvre un algorithme récursif des moindres carrées en temps réel se fondant sur le modèle mono-roue ou le modèle bicyclette, comme cela a été décrit précédemment.
Une étape de diagnostic 114 de l'état des accéléromètres 12, 14 est alors déclenchée, comme cela a été décrit précédemment. Un test est ensuite réalisé en 116 pour savoir si l'un au moins d'entre eux est défectueux. Si le résultat de ce test est négatif, l'étape 116 boucle sur l'étape 102. Sinon, une alarme sonore et/ou visuelle est déclenchée en 118 pour avertir le conducteur du véhicule d'une défaillance des accéléromètres.
Successivement à l'étape 112 d'estimation, une étape 120 de détermination de l'état des pneumatiques est également déclenchée.
Cette étape 120 comprend une étape 122 de comparaison de chaque coefficient de raideur Kpa(k), Kpr(k) estimé en 112 à la valeur de seuil Kseuil. Un test est réalisé en 124 pour savoir si le coefficient de raideur présente au moins une valeur supérieure à la valeur de seuil Kseuil. Si le résultat de ce test est positif, le compteur d'anomalies correspondant au coefficient de raideur est incrémenté en 126 du nombre de valeurs de celui-ci supérieures à la valeur de seuil.
Un test est alors mis en œuvre en 128 pour savoir si la valeur de ce compteur est supérieure à N. Si tel est le cas, le pneumatique correspondant est diagnostiqué en 130 comme défectueux et l'étape 118 déclenchée pour en avertir le conducteur.
Si aucun des compteurs d'anomalies n'est supérieur à N, alors l'étape 128 boucle sur l'étape 102 d'acquisition.
Enfin, si aucun des coefficients de raideur estimés ne présente de valeur supérieure à la valeur de seuil Kseuil, alors l'étape 124 boucle sur l'étape 102 d'acquisition.
On constate que le système et le procédé selon l'invention diagnostiquent un état défectueux d'un pneumatique et cela même si celui-ci est gonflé de manière convenable. Le système et le procédé selon l'invention permettent de détecter la présence d'un sous-gonflage ou d'une usure de la bande du pneumatique et d'un déchapage de celui-ci.
Il a été décrit un système selon l'invention appliqué à une paire de roues avant et arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté de celui-ci. Bien entendu, on comprendra que ce système peut également s'appliquer à chacune des paires de roues avant et arrière agencées sur un même côté du véhicule.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions, le procédé comportant une étape (102) d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape (104) de recalage temporel de l'une des accélérations acquises sur l'autre des accélérations acquises ;
- une étape (112) d'estimation de coefficients de raideur des pneumatiques en fonction des accélérations ainsi recalées temporellement ; et
- une étape (120) de détermination de l'état des pneumatiques en fonction des coefficients de raideur estimés.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (104) de recalage temporel comprend une étape (106) de calcul de lïntercorrélation des accélérations acquises et une étape (110) d'application d'un retard correspondant au maximum de lïntercorrélation calculée à l'accélération acquise de la roue avant.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation des coefficients de raideur est propre à estimer ceux-ci à partir de modèles mécaniques mono-roue desdites roues raccordées à la caisse du véhicule au moyen des suspensions.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation des coefficients de raideur est propre à estimer ceux-ci en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées desdites roues selon la relation :
Avr(k) = où k est le k'eme instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans le référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, et n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées des roues avant et arrière selon la relation :
Ava(k) = où k est le k'eme instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans le référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, et n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée.
6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur à partir d'un modèle mécanique bicyclette de la caisse assimilée à une masse raccordée aux roues avant et arrière au moyen des suspensions.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation est propre à estimer lesdits coefficients de raideur en se fondant sur une modélisation en temps discret des accélérations recalées des roues avant et arrière selon la relation :
(k)
où k est le k J'èemmee instant d'échantillonnage, mrr et mra sont les masses des roues arrière et avant respectivement, Avr et Ava sont les accélérations verticales des roues arrière et avant respectivement, Zvr et Zva sont les altitudes des centres des roues arrière et avant respectivement dans un référentiel du véhicule, Kpr et Kpa sont les coefficients de raideur des pneumatiques des roues avant et arrière respectivement, n est un instant de recalage correspondant à un décalage temporel entre les roues arrière et avant subissant la même portion de chaussée, Kca et Kcr sont des coefficients de raideur des suspensions des roues avant et arrière respectivement, et Zva et Zvr sont les vitesses des centres des roues avant et arrière respectivement.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (112) d'estimation de coefficients de raideur des pneumatiques est propre à mettre en œuvre un algorithme récursif des moindres carrés en temps réel.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (120) de détermination de l'état des pneumatiques comprend, pour chaque pneumatique, une étape (122) de comparaison de son coefficient de raideur déterminé à une valeur de seuil prédéterminée et une étape (130) de diagnostic de l'état du pneumatique propre à déterminer que celui-ci est défectueux si son coefficient de raideur déterminé est supérieur à la valeur de seuil.
10. Système de diagnostic de l'état de pneumatiques d'une roue avant et d'une roue arrière d'un véhicule automobile agencées sur un même côté du véhicule et raccordées à la caisse de celui-ci au moyen de suspensions, le système comportant des moyens d'acquisition des accélérations verticales desdites roues dans un référentiel du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens (26) de recalage temporel de l'une des accélérations sur l'autre des accélérations ; - des moyens (34) d'estimation des coefficients de raideur des pneumatiques en fonction des accélérations ainsi recalées temporellement ; et
- des moyens (40) de détermination de l'état des pneumatiques en fonction des coefficients de raideur estimés, lesdits moyens étant adaptés pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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