FR2835482A1 - Procede de ralentissement en virage d'un vehicule - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système et un procédé de ralentissement automatique en virage d'un véhicule.Le système comprend un calculateur 3 intégrant une série d'instructions pour traiter des signaux délivrés par un opérateur 2 représentatifs d'une consigne d'avancement et d'une consigne de direction, des signaux délivrés pour un actionneur d'avancement 8 et un actionneur de direction 9, des signaux délivrés par un capteur 12 de vitesse linéaire et par un capteur 13 de vitesse lacet, et des signaux délivrés par un bottier 16 fournissant l'adhérence, l'ensemble de ces signaux étant traité suivant les lois cinématiques de commande de déplacement du véhicule. Selon le procédé, on mesure la vitesse d'avancement V et la vitesse de lacetΩ dudit véhicule pour commander un premier actionneur 8 d'avancement en effort ou en couple et un second actionneur 9 de direction dudit véhicule à l'aide du calculateur pour ralentir ledit véhicule en fonction de l'écart entre le point de fonctionnement voulu par un opérateur 2 et le point de fonctionnement fourni par le calculateur.
Description
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Le secteur technique de la présente invention est celui procédés et automatismes de commande du freinage de véhicules.
On connaît un procédé décrit dans le brevet FR-2681449 pour maîtriser le comportement en virage d'un véhicule animé d'une certaine vitesse, un véhicule chenillé ou un véhicule à roues, pour assurer la stabilité du véhicule en virage en évitant les survirages ou les dérapages.
Suivant ce procédé, on maîtrise le virage en le sécurisant mais on n'adapte pas automatiquement la vitesse du véhicule au virage, ce qui est une problématique connexe et complémentaire mais différente du problème posé dans l'invention.
Le brevet FR-A-2742888 décrit un autre procédé d'aide au pilotage d'un véhicule motorisé se déplaçant sur une piste ou route, apte à superposer à une première image représentative de la piste vue par un opérateur, une seconde image représentative de la trajectoire de consigne que doit suivre le véhicule pour atteindre un point de passage futur de la piste choisi par l'opérateur, l'image de la trajectoire de consigne étant limitée à la distance d'arrêt minimum de sécurité du véhicule sur cette trajectoire à sa vitesse actuelle.
Pour cela, on prolonge ladite trajectoire de consigne, au-delà de ladite distance d'arrêt et pour la vitesse actuelle du véhicule, par au moins une première information visuelle représentative des possibilités maximum de virage autorisées pour un virage en cours ou à venir de manière à permettre à l'opérateur d'apprécier visuellement la corrélation entre la courbure réelle du virage en cours ou à venir et les possibilités maximales autorisées pour prendre ce virage.
Ce procédé permet donc d'anticiper le virage et c'est l'opérateur qui doit adapter la vitesse dans le virage.
Plus particulièrement, en terrain non structuré, le pilote ne sait pas apprécier la vitesse nécessaire pour réaliser un virage. Cette erreur d'appréciation peut mettre le véhicule et ses occupants en danger.
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Le but de la présente invention est de fournir un système et un procédé mettant en oeuvre un automatisme de ralentissement d'un véhicule permettant au pilote d'apprécier approximativement la vitesse nécessaire pour réaliser un virage sans mettre en danger le véhicule et ses occupants au moment du virage.
L'invention a donc pour objet un système de ralentissement automatique en virage d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur intégrant une série d'instructions pour traiter des signaux délivrés par un opérateur représentatifs d'une consigne d'avancement et d'une consigne de direction, des signaux délivrés pourr un actionneur d'avancement et un actionneur de direction, des signaux délivrés par un capteur de vitesse linéaire et par un capteur de vitesse lacet, et des signaux délivrés par un boîtier fournissant l'adhérence, l'ensemble de ces signaux étant traité suivant les lois cinématiques de commande de déplacement du véhicule.
L'invention concerne également un procédé de ralentissement automatique en virage d'un véhicule, caractérisé en ce qu'on introduit dans un calculateur de pilotage des lois cinématiques de commande du déplacement dudit véhicule, on mesure la vitesse d'avancement V et la vitesse de lacet Q dudit véhicule pour commander un premier actionneur d'avancement en effort ou en couple et un second actionneur de direction dudit véhicule à l'aide du calculateur pour ralentir ledit véhicule en fonction de l'écart entre le point de fonctionnement voulu par un opérateur et le point de fonctionnement fourni par le calculateur.
Avantageusement, on prévoit l'introduction d'une information relative à l'adhérence (11) du véhicule sur le sol.
Avantageusement encore, on détermine la vitesse compatible (VC) du virage que l'on compare à la vitesse réelle (V) du véhicule pour saturer la commande de vitesse d'avancement et''ralentir le véhicule en fonction de lu-encart entre le point de fonctionnement de consigne et le point de
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fonctionnement conforme aux lois cinématiques.
Avantageusement encore, on sature la commande de vitesse par l'intermédiaire du calculateur d'injection du véhicule ou par l'intermédiaire de la pression du circuit de freinage.
En variante, on sature la commande de vitesse par l'intermédiaire de la commande en couple du véhicule.
Selon une mise en oeuvre du procédé, on compare constamment la commande affichée par l'opérateur et la commande imposée par le calculateur pour ramener la valeur mesurée au niveau de la valeur fournie par le calculateur.
Selon une autre mise en oeuvre du procédé, on définit une stratégie de ralentissement adaptant la vitesse du véhicule au virage désiré par le pilote pour établir des iso-consignes correspondant à une commande en courbure pour basses vitesses, une commande en vitesse de lacet pour les vitesses moyennes et une commande en accélération latérale pour les grandes vitesses.
Avantageusement, on intègre la cinématique du véhicule pour le sécuriser en évitant les dérapages et les pertes de contrôle du pilote.
Un tout premier avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que le véhicule est ralenti automatiquement en fonction de la consigne de direction donnée par l'opérateur.
Un autre avantage réside dans le fait que les ordres de l'opérateur sont limités dans la zone de fonctionnement respectant les lois cinématiques du véhicule conférant ainsi à l'automatisme une prise en charge du véhicule.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente le système de ralentissement d'un véhicule en virage, - la figure 2 représente l'ensemble des zones dans lesquelles le véhicule peut se trouver, et - la figure 3 représente un exemple de diagramme de fonctionnement du système.
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On entend par lois cinématiques de commande du déplacement d'un véhicule un ensemble d'ellipses calculées dans un repère défini par les accélérations longitudinale et latérale en fonction de son adhérence au sol.
On entend par point de fonctionnement nominal, le point situé sur l'ellipse définie par une marge de sécurité par rapport à l'ellipse obtenue par les lois cinématiques de commande.
On suppose un véhicule en mouvement à une vitesse V sur un trajet structuré ou non, c'est-à-dire dont les virages sont connus et modélisés dans la mémoire du calculateur. Cette disposition peut être effectuée par exemple par l'incorporation d'une carte dans la mémoire du calculateur en liaison avec un système GPS. Le pilote du véhicule se trouvant à distance ou présent dans le véhicule commande un virage par l'intermédiaire d'une consigne de direction. L'invention se traduit donc par une série de fonctions intégrées dans un automatisme de mise en oeuvre du procédé.
Sur la figure 1, on a représenté un véhicule 1 intégrant le système selon l'invention dans lequel l'opérateur 2 est soit présent dans le véhicule soit dispose de télécommandes peut agir via un calculateur 3. L'opérateur 2 dispose d'une commande d'avancement 4 et d'une commande de direction 5 pour piloter le véhicule 1. Les informations engendrées par ces commandes sont envoyées au calculateur qui comporte un certain nombre d'algorithmes mathématiques assurant des moyens d'asservissement 6 et des moyens de saturation et de commutation 7. Sur le véhicule proprement dit, on retrouve un actionneur d'avancement 8 et un actionneur de direction 9 commandés par les liaisons respectives 10 et 11 par le calculateur afin de modifier le comportement du véhicule comme il sera expliqué ci-après. Un ensemble de capteurs 12 et 13 permettent d'alimenter le calculateur 3 via les liaisons 14 et 15 en signaux électriques représentatifs de la vitesse linéaire V (ou axiale) du véhicule et de sa vitesse lacet Q (ou radiale). Enfin, un boîtier 16 va déterminer l'adhérence u du véhicule et va délivrer un signal au calculateur 3 via la ligne 17.
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On comprend que l'actionneur d'avancement 8 va commander l'injection pour un moteur thermique au moyen d'un module approprié (non représenté) pour accélérer le véhicule et la pression du circuit de freinage pour freiner le véhicule. Si le véhicule est équipé d'une transmission électrique, le module agira sur une commande en courant électrique. L'actionneur de direction 9 agira sur une pompe du groupe hydraulique de direction s'il s'agit d'un véhicule chenillé ou sur la colonne de direction s'il s'agit d'un véhicule à roues directrices. Le capteur 12, de type connu, est principalement destiné à mesurer la vitesse linéaire du véhicule par exemple en mesurant la vitesse moyenne de rotation des roues du véhicule ou à l'aide d'un radar à effet Doppler. Le capteur 13 est destiné à mesurer la vitesse lacet par exemple à l'aide d'un capteur gyrométrique ou à partir de la commande de direction.
Le calculateur 3 à partir des signaux électriques délivrés va intervenir à la place de l'opérateur en transparence dès que le véhicule sortira de la zone de sécurité définie initialement.
On procède tout d'abord à une estimation de la vitesse compatible du virage VC à l'aide du capteur 12 en prenant en compte la connaissance cinématique du véhicule incorporée dans la mémoire du calculateur 3, l'adhérence p du véhicule fournit par le boîtier est soit présumée par l'opérateur soit déterminée par le calcul, la commande de direction de l'opérateur et la vitesse actuelle V du véhicule. Cette estimation permet de fixer la vitesse maximale admissible pour le véhicule à l'intérieur d'une zone de sécurité. Pour éviter la mise en danger du véhicule, on commande la saturation de la commande d'avancement 10 de l'opérateur et de la commande de direction 11. La saturation de la commande d'avancement est utilisée de toute façon pour ralentir à volonté le véhicule lorsqu'on le souhaite. Cette décélération imposée par le processus de commande est définie en fonction de la vitesse du véhicule V, de la vitesse compatible-du virage VC, de l'adhérence li présumée par l'opérateur ou calculée, comme indiqué précédemment, et d'un paramètre
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identifié à partir de la connaissance cinématique du véhicule, à savoir le taux d'ouverture du virage admissible optimal À. Cette saturation est appliquée en forçant la commande opérateur et en agissant soit sur le calculateur d'injection via un module d'adaptation si le véhicule est équipé d'un moteur thermique, soit sur la commande de frein, ou via une commande en couple s'il est équipé d'un moteur électrique.
En variante, suivant l'invention, on peut activer l'automatisme lorsque la vitesse lacet Q du véhicule, l'adhérence H présumée par l'opérateur ou calculée, et la vitesse actuelle V ne respectent plus les lois cinématiques du véhicule.
Le calculateur de l'automatisme commande alors le ralentissement du véhicule en fonction de l'écart entre le point de fonctionnement voulu par l'opérateur, c'est-à-dire la consigne de direction et la vitesse V du véhicule, et le point de fonctionnement respectant les lois de cinématique du véhicule.
Sur la figure 2, on a représenté dans un repère orthonormé en abscisse l'accélération latérale Ay et en ordonnée l'accélération longitudinale Ax. On définit le cercle 20 de rayon uG représentatif des limites physiques d'adhérence du véhicule au sol. A l'intérieur de ce cercle, les zones 21 et 22 représentent les zones d'instabilité dans lesquelles le véhicule est incontrôlable. Une première ellipse 23 représente la limite de sécurité que le véhicule ne doit jamais franchir. Cette ellipse est définie en fonction des lois cinématiques du comportement du véhicule en virage. Une seconde ellipse 24, de rayon inférieur à celui de l'ellipse 23, représente l'ouverture du virage que l'on autorise au véhicule concerné. Globalement, cette ellipse 24 est fonction du taux d'ouverture du virage. Une troisième ellipse 25, de rayon inférieur à celui de l'ellipse 24, représente le domaine nominal de fonctionnement du véhicule.
On suppose maintenant que l'opérateur impose une commande conduisant le véhicule à se situer en dehors du cercle 20 ou des ellipses 23 et 24, le procédé selon l'invention permet de
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brider la commande de direction 11 de l'opérateur en fonction de la vitesse d'avancement pour ralentir le véhicule. Ce ralentissement permet de ramener le véhicule 1 dans la zone définie par l'ellipse 25.
Si le véhicule se trouve seulement en dehors de l'ellipse 24, la commande de direction 11 de l'opérateur reste libre mais on applique une consigne de freinage 4 afin de ralentir le véhicule pour le ramener dans le domaine nominal de fonctionnement défini par l'ellipse 25.
Si le véhicule se situe dans la zone définie par l'ellipse 25 l'opérateur reste libre de guider son véhicule.
Sur la figure 3, on a représenté, pour un véhicule chenillé équipé d'un groupe hydraulique de direction, le diagramme vitesse de lacet Q d'un véhicule en fonction de sa vitesse linéaire V définissant pour l'automatisme des plages de fonctionnement, de prise en charge à la place de l'opérateur et d'interdiction au véhicule d'entrer dans certaines plages de vitesse lacet. On définit tout d'abord une zone 30 constituant un domaine inaccessible technologiquement par le véhicule et une zone 31 constituant un domaine instable pour le véhicule et, ce, pour une vitesse linéaire allant jusqu'à par exemple 60 km/h. Bien entendu, cette vitesse dépend du véhicule en cause. On définit une courbe 32 correspondant au débattement maximal de l'organe de commande de direction du véhicule et représentant la vitesse de lacet en fonction de la vitesse linéaire et de l'adhérence avec une marge de 60% de la vitesse lacet théorique compatible avec l'adhérence. On définit également une même courbe 33 correspondant à une marge de 50%. La zone 34 entre les courbes 32 et 33 correspond alors à un domaine de commande de direction libre et de commande automatique de freinage permettant de s'écarter de la zone critique en environ 2 secondes pour une vitesse moyenne par exemple inférieure à 40 km/h. La zone 35, entre la zone 31 et la courbe 33, correspond à un domaine fonction de la vitesse d'avancement du véhicule, au delà de 40 km/h, dans lequel la commande de direction est libre, mais la commande de freinage est bornée par rapport à l'accélération latérale du véhicule.
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La zone 36 correspond à un domaine de commande de direction et d'avancement libre et dans lequel on peut conserver la commande automatique d'avancement tant que la commande d'avancement donnée par l'opérateur n'est pas inférieure à la commande automatique d'accélération. Cette commande d'avancement est convertie bien entendu en accélération du véhicule.
A l'intérieur de la zone 36 dans un virage, l'opérateur peut continuer à accélérer et la vitesse V du véhicule tend vers la vitesse VC compatible du virage. L'automatisme impose alors à l'opérateur de donner une commande d'accélération évitant de mettre en difficulté le véhicule.
Si l'opérateur continue à accélérer ou maintient sa vitesse et si la vitesse du véhicule est égale à la vitesse compatible du virage, le procédé n'accélère plus le véhicule et réalise normalement le virage.
Si l'opérateur impose un braquage plus serré et que la vitesse du véhicule est supérieure à la vitesse compatible du virage, alors le virage est limité par le procédé selon l'invention de manière à ne pas mettre en danger le véhicule tout en réalisant le plus grand virage admissible dans la zone 35 à la marge choisie près. Simultanément, l'automatisme commande le freinage du véhicule en respectant les données cinématiques.
Si l'opérateur freine moins en virage que nécessaire, l'automatisme ignore sa commande.
Si l'opérateur freine et que la vitesse du véhicule est inférieure à la vitesse compatible du virage, la consigne de direction sera libre tant que le freinage de l'opérateur sera supérieur au freinage de l'automatisme pour prendre en compte ce freinage sans mettre en danger le véhicule.
Pour la direction du véhicule, la plage de commande est adaptée au domaine où le comportement du véhicule en virage est présumé stable et où la compensation par la commande de l'influence des changements de rapport de boite de vitesse sur le virage est possible. Les iso-consignes résultantes correspondent à : - une commande en courbure pour les basses vitesse,
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- une commande en vitesse de lacet pour les vitesses moyennes, permettant les compensations des non-linéarités lors des changements de rapport, - une commande en accélération latérale pour les grandes vitesses, car les organes de commande le plus souvent envisagées sont à faibles débattements.
L'automatisme selon l'invention sera activé quand la consigne de direction sera incompatible avec la vitesse actuelle du véhicule, avec une'marge de 50% environ. La différence de marge entre 50 et 60% de l'accélération maximale possible sera utilisée pour décélérer le véhicule sans sortir du domaine de fonctionnement.
En variante, on peut prévoir une commande à 100% du virage, avec une marge à 60%. Si l'opérateur dépasse cette commande de manière intentionnelle, un retour physique l'en informe et l'automatisme se déclenche.
On voit qu'avantageusement le véhicule ne dérape pas. Si on utilise un organe de télé-opération de faible débattement, un palonnier par exemple, on peut alors affecter automatiquement les rayons de courbure minimale réalisable au débattement maximal de l'organe de télé-opération. De plus, l'automatisme ne se déclenche qu'à un point déterminé de la commande de télé-opération paramétrable. L'automatisme en diminuant la vitesse provoque l'augmentation des virages accessibles par la commande maximale. Ainsi, lorsque l'automatisme est déclenché, le virage se resserre naturellement.
Le schéma ci-dessus met clairement en évidence les domaines de fonctionnement de la variante.
Les dévers et pente sont pris en compte en recalant les données cinématiques du véhicule à partir des angles de lacet et tangage filtrés, mesurés par une centrale inertielle.
Claims (9)
1. Système de ralentissement automatique en virage d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (3) intégrant une série d'instructions pour traiter des signaux délivrés par un opérateur (2) représentatifs d'une consigne d'avancement et d'une consigne de direction, des signaux délivrés pour un actionneur d'avancement (8) et un actionneur de direction (9), des signaux délivrés par un capteur (12) de vitesse linéaire et par un capteur (13) de vitesse lacet, et des signaux délivrés par un boîtier (16) fournissant l'adhérence, l'ensemble de ces signaux étant traité suivant les lois cinématiques de commande de déplacement du véhicule.
2. Procédé de ralentissement automatique en virage d'un véhicule (1), caractérisé en ce qu'on introduit dans un calculateur de pilotage (3) des lois cinématiques de commande du déplacement dudit véhicule, on mesure la vitesse d'avancement V et la vitesse de lacet Q dudit véhicule pour commander un premier actionneur (8) d'avancement en effort ou en couple et un second actionneur (9) de direction dudit véhicule à l'aide du calculateur pour ralentir ledit véhicule en fonction de l'écart entre le point de fonctionnement voulu par un opérateur (2) et le point de fonctionnement fourni par le calculateur.
3. Procédé de ralentissement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on prévoit l'introduction d'une information relative à l'adhérence (p) du véhicule sur le sol.
4. Procédé de ralentissement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on détermine la vitesse compatible (VC) du virage que l'on compare à la vitesse réelle (V) du véhicule pour saturer la commande de vitesse d'avancement et ralentir le véhicule en fonction de l'écart entre le point de fonctionnement de consigne et le point de fonctionnement conforme aux lois cinématiques.
5. Procédé de ralentissement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on sature la commande de vitesse par l'intermédiaire du calculateur d'injection du véhicule.
6. Procédé de ralentissement selon la revendication 4,
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caractérisé en ce qu'on sature la commande de vitesse par l'intermédiaire de la pression du circuit de freinage.
7. Procédé de ralentissement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on sature la commande de vitesse par l'intermédiaire de la commande en couple du véhicule.
S. Procédé de ralentissement selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'on compare constamment la commande affichée par l'opérateur et la commande imposée par le calculateur pour ramener la valeur mesurée au niveau de la valeur fournie par le calculateur.
9. Procédé de ralentissement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on définit une stratégie de ralentissement adaptant la vitesse du véhicule au virage désiré par le pilote pour établir des iso-consignes correspondant à une commande en courbure pour basses vitesses, une commande en vitesse de lacet pour les vitesses moyennes et une commande en accélération latérale pour les grandes vitesses.
10. Procédé de ralentissement selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'on intègre la cinématique du véhicule pour le sécuriser en évitant les dérapages et les pertes de contrôle du pilote.
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Applications Claiming Priority (1)
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2002
- 2002-02-04 FR FR0201253A patent/FR2835482B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| FR2835482B1 (fr) | 2004-07-09 |
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