FR2888195A1 - Procede de controle de la chasse des roues directrices d'un vehicule automobile et dispositif de mise en oeuvre. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage de la chasse au sol des roues directrices d'un véhicule automobile, équipé de moyens de détermination des conditions dynamiques de roulage du véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste à asservir la valeur de la chasse au sol en fonction des conditions dynamiques du véhicule, telles que sa vitesse et son sens de déplacement, ses accélérations longitudinale et transversale et/ou l'angle de rotation du volant agissant sur le braquage des roues. Il peut également tenir compte de l'adhérence (mu) estimée des pneus sur la chaussée.

Description

Procédé de contrôle de la chasse des roues directrices d'un véhicule

automobile et dispositif de mise en oeuvre.

L'invention concerne un procédé de contrôle de la chasse au sol d'un véhicule automobile. Sur un véhicule automobile, la chasse conditionne la stabilité de la direction, en exerçant un couple sur le mécanisme de direction de manière à ramener le train des roues directrices à un braquage nul lors des lâchés de volant. Plus l'angle de chasse est grand, plus le rappel est important.

Le phénomène de chasse au sol est dû, d'une part, aux pneumatiques, qui se déforment sous efforts, et d'autre part, à la chasse cinématique du train. La chasse pneumatique est maximale à vitesse nulle et décroît quand la vitesse du véhicule augmente. Ceci est un inconvénient, car à basse vitesse, l'effort de rappel dû à la chasse est plus élevé qu'à haute vitesse, alors que la stabilité du véhicule est plus perturbée à haute vitesse. De sorte que la définition de la chasse cinématique, lors de la conception des trains réalise un compromis entre stabilité à haute vitesse et manoeuvrabilité à faible vitesse, ne permettant pas de satisfaire au mieux toutes les prestations de sécurité et de confort de conduite pour le véhicule automobile.

Si on considère un essieu avant Eav de véhicule équipé d'un mécanisme de direction Md, lorsqu'on braque une roue Rd, celle-ci tourne autour d'un axe dit de pivot Ap comme le montre la figure 1 qui est une vue schématique d'un essieu avant. La position de l'axe de pivot est déterminante sur les variations géométriques du plan de la roue lors des braquages et elle influence donc le torseur des efforts générés par le pneumatique. D'où l'importance de la localisation de l'axe de pivot vis-àvis du comportement routier et de l'agrément de conduite par l'intermédiaire de l'effort de direction par exemple. La direction de cet axe de pivot d'une roue est caractérisée notamment par son angle d'inclinaison et l'angle de chasse par rapport au sol.

Considérons un plan vertical transversal par rapport au véhicule, défini par deux axes OY et OZ. La projection de l'axe de pivot sur ce plan rrr est une droite Dy formant un angle i avec la verticale, appelé angle d'inclinaison de l'axe de pivot, comme le montre la figure 2 qui est une coupe partielle d'une roue directrice Rd équipée d'un pneu P, en vue de face du véhicule. Considérons également un plan vertical longitudinal rra par rapport au véhicule, défini par deux axes OX et OZ, perpendiculaire au plan vertical précédent U-r. La projection de l'axe de pivot Op sur ce plan rra est une droite DX, qui forme un angle c avec la verticale appelé angle de chasse par rapport au sol, comme le montrent les figures 3a et 3b, qui sont des coupes partielles de la roue avant droite Rd équipée d'un pneu P, vue de côté du véhicule. Par convention, cet angle de chasse c est qualifié de positif si le haut de l'axe de pivot est incliné vers l'arrière du véhicule. Ainsi, en considérant le véhicule de profil, l'angle de chasse c est négatif dans le cas de la figure 3a et positif dans le cas de la figure 3b.

Il existe également une grandeur géométrique dépendant de la position de l'axe de pivot Ap, c'est la chasse au sol définie de la façon suivante. Selon la figure 4, qui est une vue en coupe transversale verticale d'une roue Rd avec son pneu P sur un sol S et son axe de pivot &p, et selon la figure 5 qui en est une projection orthogonale sur le plan du sol S, soit R le point de contact du pneu P sur le sol compris dans le plan médian M de la roue Rd et H la projection orthogonale sur le sol du point I d'intersection de l'axe Lp avec le sol sur la trace T du plan M. La distance entre H et R est appelée chasse au sol et est positive si H est situé en avant de R. Le couple généré par les efforts transversaux, au niveau de l'aire de contact du pneu, dépend du bras de levier HR créé par la chasse. Si la chasse est positive, l'effet provoqué est un braquage induit de la roue dans le sens de l'ouverture lorsque l'effort est dirigé vers l'intérieur et l'effet est dans le sens de la pince quand la chasse est négative.

Concernant les phénomènes engendrés lors du braquage des roues, les efforts Fy générés au niveau de l'aire de contact créent un couple de rappel CR au niveau du centre de poussée R de la roue Rd qui tend à la ramener vers la ligne droite quand la chasse au sol est positive, comme le montre le schéma de la figure 6 d'un véhicule vu de dessus, dont le sens de déplacement est symbolisé par une flèche V représentant la vitesse du véhicule en marche avant. Ainsi la chasse améliore la stabilité en ligne droite. Le centre de rotation du véhicule est le point S en avant du centre de poussée R. Par contre, dans le cas d'une chasse négative, la consigne de braquage est accentuée par l'effet de chasse qui provoque un enroulement de la direction, générant alors une instabilité pour le conducteur.

Etant donné que la stabilité, donc le retour en ligne droite des roues, est privilégiée pour les véhicules de tourisme, les essieux avant sont généralement disposés avec une chasse positive. Cependant, cette disposition entraîne une augmentation des efforts de direction, de sorte que la valeur de la chasse doit réaliser un compromis entre le niveau de ces efforts de direction et les facteurs de stabilité qui sont le rappel de direction en ligne droite et le centrage de direction. Ce dernier se définit comme la sensation communiquée au conducteur au niveau des efforts ressentis dans le volant au voisinage de la position ligne droite. Sur autoroute, en ligne droite à vitesse soutenue, le conducteur doit ressentir une progression d'effort suffisamment sensible, de plus en plus dur quand la vitesse augmente, pour percevoir le point neutre ou point milieu. Une chasse au sol positive permet d'obtenir cette variation d'effort.

En manoeuvre de parking, à basse vitesse, l'utilisation d'une chasse au sol positive entraîne une augmentation des efforts de direction qui sont d'autant plus importants que la chasse est élevée.

En roulage ou en manoeuvre en marche arrière, la chasse positive cause un enroulement de direction, comme le représente la figure 7, qui est une vue en coupe longitudinale horizontale d'un véhicule dont le sens de déplacement est symbolisé par une flèche V. Concernant le ressenti au volant de l'adhérence des pneus, par le conducteur du véhicule, ce ressenti est d'autant plus fort que la chasse au sol est grande. En effet, l'effort transversal Fy fourni par un pneumatique dépend de l'angle de dérive b existant entre la direction du vecteur vitesse dudit pneu et son plan de coupe et traduisant le fait que les roues directrices, en virage, sont plus braquées que la trajectoire. La figure 8 représente les variations de cet effort transversal Fy en fonction de l'angle de dérive â. Cet effort Fy croît jusqu'à une valeur maximale Fymax admissible correspondant à une position instable au-delà de laquelle un braquage plus grand des roues fait chuter cet effort. Le moment généré par l'effort Fy au bout du bras de levier créé par la chasse remonte dans le volant et permet de ressentir cet effort. Le pilotage de la chasse permet de jouer sur le ressenti de la limite du véhicule au niveau du volant.

Pour ces différentes prestations, il faut de plus tenir compte de l'évolution de la chasse pneumatique avec la vitesse du véhicule, cette chasse pneumatique diminuant avec la vitesse en raison de la déformation des pneus sous efforts. Pour le confort de conduite, on cherche précisément à réaliser l'effet inverse, tout en privilégiant la stabilité par un retour en ligne droite des roues qui implique la disposition la plus courante des essieux avant, soit celle à chasse positive. Le principal inconvénient de cette disposition à chasse positive vient du fait qu'elle oblige à surdimensionner l'assistance de direction pour supporter les efforts aux roues à basse vitesse du véhicule.

La demande de brevet US 5 839 749 propose actuellement le contrôle de l'angle de chasse à partir uniquement de la vitesse du véhicule, afin de diminuer le couple au volant à basse vitesse et de l'augmenter à haute vitesse.

Pour résoudre ces différents problèmes, l'invention propose un contrôle de la chasse au sol des roues directrices pour gérer le couple de rappel qui permet d'informer le conducteur des capacités de son véhicule à tourner, quelles que soient les conditions dynamiques du véhicule.

Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de pilotage de la chasse au sol des roues directrices d'un véhicule automobile, équipé de moyens de détermination des conditions dynamiques de roulage du véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste à asservir la valeur de la chasse au sol en fonction des conditions dynamiques du véhicule, telles que sa vitesse et son sens de déplacement, ses accélérations longitudinale et transversale et/ou l'angle de rotation du volant agissant sur le braquage des roues.

Selon une autre caractéristique, le procédé réalise de plus un asservissement de la valeur de la chasse au sol en tenant compte de l'information de chasse, mesurée par un capteur en sortie des actionneurs de chasse.

Selon une autre caractéristique, le procédé réalise de plus un asservissement de la valeur de la chasse au sol en fonction des conditions d'adhérence des pneumatiques sur le sol, en augmentant la chasse quand l'adhérence diminue.

Selon une autre caractéristique, le procédé commande une valeur positive de la chasse au sol quand le véhicule se déplace en marche avant et une valeur négative de ladite chasse quand il se déplace en marche arrière.

Selon une autre caractéristique, en ligne droite, avec de faibles sollicitations du volant définies par un angle volant inférieur à un seuil maximal prédéfini, le procédé pilote une augmentation de la chasse au sol quand la vitesse de déplacement du véhicule augmente.

Selon une autre caractéristique, en phase de manoeuvre définie par des valeurs élevées de l'angle volant supérieures à un seuil minimal prédéfini et/ou un nombre élevé de variations dudit angle volant supérieur à un autre seuil minimal prédéfini, le procédé pilote une diminution de la chasse au sol quand la vitesse de déplacement du véhicule diminue.

Un second objet de l'invention concerne un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, comprenant une unité centrale électronique recevant en entrée des informations sur la vitesse, les accélérations longitudinale et transversale du véhicule venant de capteurs, sur le rapport engagé de la boîte de vitesses notamment et délivrant une valeur de chasse au sol à des moyens mécaniques d'inclinaison de l'axe des roues directrices.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de mise en oeuvre du procédé de pilotage de la chasse au sol tient compte de plus de l'adhérence estimée des pneus sur la chaussée, qui est envoyée à travers des moyens de filtrage, éliminant le bruit dû à la chaussée, à des moyens de mesure du ressenti volant qui reçoivent par ailleurs la consigne de la chasse calculée par l'unité centrale, et délivrent à leur tour une seconde valeur de chasse au sol qui est ajoutée à ladite consigne, dans des moyens de sommation, pour donner une nouvelle consigne, ladite seconde valeur de chasse au sol étant renvoyée à l'unité centrale qui réalise une seconde boucle d'asservissement de la chasse à l'adhérence.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un procédé de pilotage, illustrée par les figures suivantes qui sont: - la figure 9: un schéma électronique d'un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, - la figure 10: les variations de la consigne de chasse au sol en fonction de la vitesse du véhicule.

Le but de l'invention est le pilotage de la chasse au sol des roues directrices d'un véhicule automobile, notamment celles de l'essieu avant équipé d'un mécanisme de direction ou toute roue possédant un degré de liberté en rotation, autre que celui nécessaire au roulement du pneu sur la chaussée, définissant un axe de pivot. Ce pilotage de la chasse au sol est fonction des situations de roulage rencontrées par le véhicule, donc de ses conditions dynamiques définies par sa vitesse longitudinale VL de déplacement et les composantes longitudinale yL et transversale yT de son accélération et/ou l'angle de rotation av du volant imposé par le conducteur du véhicule.

Dans une variante du procédé, le pilotage de la chasse au sol des roues directrices est également fonction des conditions d'adhérence des pneus sur la chaussée, définies essentiellement par le coefficient d'adhérence p, pour améliorer le ressenti au volant des conditions d'adhérence.

Plus précisément, dans le cas des déplacements en ligne droite, ainsi qualifiés par de faibles sollicitations du volant définies par un angle volant av inférieur à un seuil maximal avmax prédéfini par mise au point, le procédé réalise un pilotage ou un asservissement de la chasse au sol C$ en fonction des conditions dynamiques du véhicule que sont sa vitesse de déplacement VL et son accélération longitudinale yL, l'accélération transversale yT et l'angle volant av étant négligeables. Ainsi, plus la vitesse de déplacement augmente, plus la valeur de la chasse au sol augmente.

Comme le montre le graphe de la figure 10, lorsque le véhicule se déplace en marche avant vitesse véhicule VL positive -, la stabilité à grande vitesse est obtenue par une chasse positive, augmentant ainsi en valeur absolue avec la vitesse de déplacement VL.

Lorsque le véhicule se déplace en marche arrière vitesse véhicule VL négative -, le procédé commande des valeurs de chasse au sol négatives pour éviter l'enroulement de la direction, mais qui augmentent en valeur absolue avec la vitesse du véhicule.

Une augmentation de la chasse au sol avec la vitesse du véhicule, alors que celui-ci se déplace en ligne droite, a pour avantages d'assurer une plus grande stabilité du véhicule, une meilleure tenue de cap et offre une impression de précision au volant pour le conducteur.

Dans le cas de phases de manoeuvre définies par des valeurs élevées de l'angle volant av supérieures à un premier seuil minimal avm;n prédéfini et/ou par un nombre élevé de variations dudit angle volant supérieur à un deuxième seuil minimal Nv prédéfini, exécutées à basse vitesse inférieure à un seuil Vs, le procédé réalise un asservissement de la chasse au sol à la vitesse de déplacement du véhicule, en diminuant la chasse quand la vitesse diminue. Lorsque les manoeuvres se déroulent en marche avant, la chasse au sol est positive et diminue quand la vitesse du véhicule diminue, mais dans le cas de manoeuvres de parking sur place avec des sollicitations au volant importantes, la diminution est rapide pour alléger le volant rapidement, par contre dans le cas de manoeuvres de déplacement pour changer de direction par exemple, la diminution de la chasse est plus lente pour garder un rappel au volant important. Dans ces deux types de manoeuvres, la pente de la courbe de la chasse C$ en fonction de la vitesse véhicule VL est différente comme le montre la figure 10. Lorsque les manoeuvres se déroulent en marche arrière, par exemple pour garer le véhicule sur un parking, la chasse au sol est négative et diminue, en valeur absolue, quand la vitesse du véhicule diminue.

Dans ces deux cas de manoeuvres à basse vitesse du véhicule, une chasse au sol réduite, qu'elle soit positive ou négative, a pour avantages de réduire le couple que le conducteur doit fournir pour le volant tout en conservant le centrage de la direction, de réduire également la consommation de l'assistance de direction et de réduire enfin l'usure du pneu par rapprochement du centre de pression et du centre de rotation de la roue.

Le schéma électronique du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, représenté sur la figure 9, comprend une unité centrale électronique 1 de commande de la chasse au sol Cg, par pilotage ou asservissement, en fonction de la vitesse VL du véhicule, de son accélération longitudinale yL et transversale VT, de l'angle volant av délivrés par des capteurs, et du rapport RBv de la boîte de vitesses indiquant si le véhicule se déplace en marche avant ou arrière. La consigne de la chasse au sol ainsi calculée Cs est envoyée à des moyens mécaniques 2, tels des actionneurs, modifiant l'inclinaison de l'axe de pivot, donc l'angle de chasse. Dans le cas d'un asservissement, une boucle est réalisée par un capteur 7 mesurant l'information de chasse Csm, , obtenue en sortie de ces actionneurs de chasse, et qui est ensuite renvoyée à l'unité de pilotage 1.

Simultanément, la valeur Cs de la chasse au sol est envoyée au dispositif 3 d'assistance de la direction, pour ajuster ladite assistance Ad en fonction de la chasse au sol en la réduisant lors des manoeuvres à basse vitesse puisque l'invention permet alors une diminution de la chasse, donc de l'effort à fournir pour tourner les roues. La valeur de cette assistance Ad de direction est renvoyée à l'unité de pilotage 1.

Dans une variante de l'invention, le procédé de pilotage de la chasse au sol tient compte de l'adhérence estimée p des pneus à la chaussée sur laquelle circule le véhicule, afin que le conducteur ait un meilleur ressenti des pertes d'adhérence. La variation de chasse permet de contrôler la fonction de transfert entre l'effort ressenti par le conducteur et l'effort transversal subit par les roues directrices. Une augmentation du gain de cette fonction de transfert, notamment en augmentant la chasse, permet au conducteur d'avoir un meilleur ressenti des pertes d'adhérence. Le couple entre l'actionneur de chasse et l'actionneur de direction assistée permet de conserver un effort au volant acceptable pour le conducteur, effort constant quelque soit l'adhérence ou bien avec un couple résistant plus faible sur basse adhérence. Pour cela, l'estimation de l'adhérence, réalisée dans des moyens 4, est envoyée à travers des moyens de filtrage 5, éliminant le bruit dû à la chaussée tel que des perturbations au passage d'une plaque de glace par exemple, à des moyens 6 de mesure du ressenti volant. Ces moyens 6, qui reçoivent par ailleurs la consigne de la chasse Cg calculée par l'unité centrale 1, délivrent à leur tour une valeur de chasse au sol Csr qui est ajoutée à la consigne Cs, dans des moyens de sommation 8, pour donner une nouvelle consigne C'S. Cette valeur de chasse au sol Csr est renvoyée à l'unité centrale 1 qui réalise une seconde boucle d'asservissement de la chasse à l'adhérence. Comme le montre le graphe de la figure 10 concernant les variations de la consigne de chasse au sol en fonction de la vitesse du véhicule, on constate que la pente de la courbe augmente quand l'adhérence estimée des pneus diminue (po< pl< P2).

En adaptant la chasse au sol à l'adhérence du véhicule au sol, en particulier en l'augmentant quand l'adhérence diminue, il devient possible d'améliorer le ressenti des pertes d'adhérence au niveau du volant, pour le conducteur, quelle que soit la vitesse. II est également possible d'alourdir la direction sur un sol à faible adhérence, en raison de la neige par exemple, pour que le conducteur perçoive mieux la limite d'adhérence, avant une chute du couple résistant en situation de sous virage.

Claims (1)

1. 9 REVENDICATIONS

   1. Procédé de pilotage de la chasse au sol des roues directrices d'un véhicule automobile, équipé de moyens de détermination des conditions dynamiques de roulage du véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste à piloter la valeur de la chasse au sol, qui est envoyée à des actionneurs de chasse, en fonction des conditions dynamiques du véhicule, telles que sa vitesse et son sens de déplacement, ses accélérations longitudinale et transversale et/ou l'angle de rotation du volant agissant sur le braquage des roues.

   2. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il réalise de plus un asservissement de la valeur de la chasse au sol en tenant compte de l'information de chasse (Csm), mesurée par un capteur (7) en sortie des actionneurs de chasse.

   3. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il réalise de plus un asservissement de la valeur de la chasse au sol en fonction des conditions d'adhérence des pneumatiques sur le sol, en augmentant la chasse quand l'adhérence diminue.

   4. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il commande une valeur positive de la chasse au sol (Cs) quand le véhicule se déplace en marche avant et une valeur négative de ladite chasse quand il se déplace en marche arrière.

   5. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, en ligne droite, avec de faibles sollicitations du volant définies par un angle volant (av) inférieur à un seuil maximal (avmax) prédéfini, il pilote une augmentation de la chasse au sol (Cs) quand la vitesse de déplacement (VL) du véhicule augmente.

   6. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, en phase de manoeuvre définie par des valeurs élevées de l'angle volant (av) supérieures à un seuil minimal (avm;n) prédéfini et/ou un nombre élevé de variations dudit angle volant supérieur à un autre seuil minimal (Nv) prédéfini, il pilote une diminution de la chasse au sol (Cs), en valeur absolue, quand la vitesse de déplacement (VL) du véhicule diminue.

   7. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon la revendication 6, caractérisé en ce que, en phase de manoeuvres réalisées en marche avant, la chasse au sol est positive et diminue quand la vitesse du véhicule diminue, avec dans le cas de manoeuvres de parking sur place avec des sollicitations au volant importantes, une diminution rapide pour alléger le volant rapidement, et dans le cas de manoeuvres de déplacement pour changer de direction par exemple, une diminution de la chasse plus lente pour garder un rappel au volant important.

   8. Procédé de pilotage de la chasse au sol selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il délivre la valeur de la chasse au sol (Cs) simultanément au dispositif d'assistance de la direction du véhicule qui contrôle ladite assistance en la réduisant quand il diminue la chasse au sol.

   9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de pilotage de la chasse au sol selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une unité centrale électronique (1) recevant en entrée des informations sur la vitesse (VL), les accélérations longitudinale (yL) et transversale (YT) du véhicule venant de capteurs, sur le rapport (RBV) engagé de la boîte de vitesses notamment et délivrant une valeur de chasse au sol (Cs) à des moyens mécaniques (2), tels que des actionneurs, modifiant l'inclinaison de l'axe de pivot (Ap) des roues directrices (Rd), donc l'angle de chasse.

   10. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de pilotage de la chasse au sol selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il tient compte de plus de l'adhérence (p) estimée des pneus sur la chaussée, qui est envoyée à travers des moyens de filtrage (5), éliminant le bruit dû à la chaussée, à des moyens (6) de mesure du ressenti volant qui reçoivent par ailleurs la consigne de la chasse (Cs) calculée par l'unité centrale (1), et délivrent à leur tour une seconde valeur de chasse au sol (Csr) qui est ajoutée à ladite consigne (Cs) , dans des moyens de sommation (8), pour donner une nouvelle consigne (C's), ladite seconde valeur de chasse au sol (Csr) étant renvoyée à l'unité centrale (1) qui réalise une seconde boucle d'asservissement de la chasse à l'adhérence.

   11. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de pilotage de la chasse au sol selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'unité centrale électronique (1) délivre également la valeur (Cs) de la chasse au sol au dispositif (3) d'assistance de la direction, pour ajuster ladite assistance (Ad) en fonction de la chasse au sol en la réduisant lors des manoeuvres à basse vitesse en même temps qu'est réduite la chasse au sol, la valeur de ladite assistance (Ad) de direction étant renvoyée à l'unité de pilotage (1).