FR3041127A1 - Modelisation du comportement dynamique d'une roue en fonction des irregularites du sol - Google Patents

Abstract

Procédé de modélisation du comportement dynamique d'une roue de véhicule automobile suivant un profil de route (10) mesuré en avant du véhicule, comportant une première étape réalisée par une fonction de modélisation du pneumatique (4), donnant un calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue (14) suivant le profil de route mesuré (10) et la vitesse du véhicule (12), à partir d'un modèle du contour de pneumatique, puis une deuxième étape réalisée par une fonction de modélisation dynamique de roue (6) donnant un premier calcul de position du centre de roue (16), et ensuite des itérations en boucle de cette deuxième étape prenant en compte un calcul d'effort de suspension (18) réalisé par une fonction de modélisation dynamique du véhicule (8), pour renouveler successivement ce calcul de position avec les valeurs de l'itération précédente et la nouvelle valeur du profil de route.

Description

MODELISATION DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE D’UNE ROUE EN FONCTION DES IRREGULARITES DU SOL

La présente invention concerne un procédé de modélisation du comportement dynamique d’une roue de véhicule automobile en fonction des irrégularités du sol mesurées en amont de la roue, ainsi qu’un véhicule automobile comprenant des moyens mettant en oeuvre un tel procédé de modélisation.

Les véhicules automobiles comportent généralement pour chaque roue une suspension comprenant un ressort de suspension, un amortisseur qui freine les mouvements de la suspension, et une butée d'attaque sur laquelle la caisse vient appuyer quand cette suspension arrive en fin de course, afin d'arrêter ce mouvement en évitant un choc.

Les suspensions assurent à la fois la tenue de route du véhicule en maintenant un bon contact de chaque roue avec le sol, et un confort en absorbant au maximum les irrégularités de ce sol afin de limiter les mouvements verticaux inconfortables de la caisse du véhicule.

Pour assurer la tenue de route et le confort, on réalise généralement lors de la définition des différents organes de la suspension un compromis entre la raideur des ressorts de suspension, et le freinage des amortisseurs qui est différencié suivant le sens du déplacement.

Pour améliorer ce compromis il est connu d’utiliser des systèmes d’amortissement variable dynamiques, appelés par certains constructeurs «AMVAR», pilotés par un calculateur électronique, qui en fonction d’un certain nombre de paramètres mesurés sur le fonctionnement du véhicule, ou sur des demandes du conducteur, modifient en temps réel le niveau d’amortissement pour optimiser le confort, ou la tenue de route notamment dans le cas d’une conduite sportive.

Le calculateur choisit alors suivant les conditions un mode de fonctionnement optimisé de l’amortissement parmi une gamme de modes prédéfinis. On obtient un ajustement de la vitesse de déplacement vertical des roues par rapport à la caisse du véhicule, ce qui contrôle les mouvements de la caisse.

Par ailleurs pour améliorer le confort et la tenue de route, il est connu d’utiliser une information du profil de la route en avant du véhicule, obtenue avec une caméra filmant cette route ou des capteurs de lecture de hauteur du sol, pour délivrer des indications sur les irrégularités à venir. En prenant en compte la vitesse du véhicule un calculateur électronique utilise alors ces indications des irrégularités à venir, pour ajuster de manière dynamique par anticipation l’amortissement de la suspension afin de mieux contrôler les mouvements de la caisse par le système d’amortissement variable.

Il est donc intéressant de disposer d’une modélisation du comportement dynamique du déplacement vertical de la roue pour effectuer ces calculs.

Par ailleurs un type de méthode de calcul connu, présenté notamment par le document EP-B1-1840552, prend en compte la réponse transitoire d’un pneumatique à une accélération latérale ou longitudinale, pour connaître son glissement par rapport au sol et étudier le comportement dynamique du véhicule dans un virage ou lors d’un freinage.

Toutefois ce type de méthode ne présente pas de modélisation du déplacement vertical de la roue, qui permettrait de mettre en oeuvre un système d’amortissement variable combiné avec une lecture du profil de la route en avant du véhicule.

La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet un procédé de modélisation du comportement vertical dynamique d’une roue de véhicule automobile suivant un profil de route mesuré en avant du véhicule, destiné à être mis en oeuvre en temps réel par un calculateur embarqué dans le véhicule, remarquable en ce qu’il comporte une première étape réalisée par une fonction de modélisation du pneumatique, donnant un calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue suivant le profil de route mesuré et la vitesse du véhicule, à partir d’un modèle du contour de pneumatique, puis une deuxième étape réalisée par une fonction de modélisation dynamique de roue donnant un premier calcul de position du centre de roue, et ensuite des itérations en boucle de cette deuxième étape prenant en compte un calcul d’effort de suspension réalisé par une fonction de modélisation dynamique du véhicule, pour renouveler successivement ce calcul de position avec les valeurs de l'itération précédente et la nouvelle valeur du profil de route.

Un avantage de ce procédé de modélisation est que de manière simple et efficace, la première étape de calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue suivant les irrégularités du sol donne une information sur la contrainte géométrique qui va s’appliquer sur cette roue, permettant à la deuxième étape de calculer la position du centre de roue avec le modèle de dynamique de roue. On renouvelle ensuite ce résultat par une succession de boucles de calcul prenant en compte la réaction du véhicule avec la modélisation dynamique de ce véhicule et l’évolution du profil de route, afin de mettre à jour le calcul de position du centre de roue.

On peut alors en connaissant la position à venir du centre des roues du véhicule sur au moins un train roulant, ajuster par anticipation en temps réel la loi de fonctionnement variable des amortisseurs qui sont réglables, pour mieux contrôler les mouvements de caisse et améliorer le confort.

Le procédé de modélisation selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

Avantageusement, le profil de route est mesuré en avant du véhicule par des caméras ou des capteurs.

Avantageusement, le profil de route mesuré est mis sous forme d’une modélisation filaire longitudinale à une dimension donnant les irrégularités dans la direction verticale. Cette représentation simple permet ensuite de faire facilement les calculs suivants.

En complément, le profil de route mesuré peut être mis sous forme de plusieurs modélisations filaires longitudinales parallèles. On précise ainsi la connaissance du profil de route, notamment pour des variations latérales de ce profil, ce qui améliore le calcul de positionnement de la roue.

Avantageusement, le modèle du contour de pneumatique utilise des profils de came rigides qui se déplacent dans la direction verticale. Ce modèle utilisant des profils de came rigides est simple à mettre en oeuvre.

Dans ce cas, avantageusement les profils de came comportent des points de palpage prédéfinis répartis sur le contour, formant des points discrets de calcul de hauteur de la came en fonction de ceux qui sont en contact avec le profil de route.

Avantageusement, le modèle du contour de pneumatique comporte un segment rigide central posé à plat au sol en l’absence d’irrégularité de ce sol. On représente ainsi de manière simple le contact de la base du pneumatique qui est écrasée sur le sol.

En particulier, le modèle du contour de pneumatique peut comporter une came avant et une came arrière présentant chacune un profil rigide légèrement ovale dont le grand axe est vertical, qui est intégré sensiblement dans le contour théorique circulaire du pneumatique, le segment rigide central reliant les deux points inférieurs de chaque came. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé de moyens de mesure du profil de route en avant de ce véhicule, et de moyens de modélisation du comportement dynamique vertical des roues en fonction de ce profil de route, ces moyens de modélisation utilisant un procédé comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.

Avantageusement, le véhicule comporte des moyens de réglage de la loi de fonctionnement de la raideur de la suspension, ou de l’assiette du véhicule établie à la roue ou à l’essieu, dépendant du comportement dynamique vertical des roues calculé. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un organigramme présentant le procédé de modélisation selon l’invention ; et - la figure 2 est un schéma présentant en vue de côté le modèle du contour de pneumatique de ce procédé de modélisation.

La figure 1 présente un modèle dynamique vertical de pneumatique 2, comportant une première fonction de modélisation du pneumatique 4, qui délivre un calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue 14 à une deuxième fonction de modélisation dynamique de roue 6, délivrant à son tour un calcul de position du centre de roue 16.

On a ensuite un bouclage d’informations entre la fonction de modélisation dynamique de roue 6 et une fonction de modélisation dynamique du véhicule 8, pour en associant ensuite une nouvelle information du profil de route, calculer une nouvelle position du centre roue 16.

On obtient ainsi des boucles de calcul imbriquées. A chaque nouveau calcul de la position du centre roue correspond sensiblement un calcul des équilibres d’effort de la suspension et de la dynamique du véhicule. Ces calculs sont réalisés à chaque pas de temps, avec les valeurs de l’itération précédente et la nouvelle valeur du profil de route.

Ces fonctions sont mises en oeuvre par un calculateur électronique embarqué dans le véhicule, qui réalise les différents calculs en temps réel en fonction de l’avancement du véhicule lors de son utilisation par un conducteur.

La première fonction de modélisation du pneumatique 4 reçoit une information du profil de route 10 venant de caméras ou de capteurs se trouvant à l’avant du véhicule, qui identifient la route à une distance définie devant ce véhicule. On peut utiliser des caméras ou des capteurs, réalisant une identification du profil de la route, utilisant tout type de technologie, comme les technologies du type Laser, « Lidar >> (light détection and ranging), ultrason ou radar. L’image du profil de route 10 est donnée par une modélisation filaire longitudinale unique à une dimension indiquant les irrégularités dans la direction verticale, exprimées en mètres, représentant la voie calculée qui est suivie par chacune des roues.

La première fonction de modélisation du pneumatique 4 reçoit aussi une information sur la vitesse du véhicule 12, exprimée en mètres par seconde. Cette information de vitesse permet de faire défiler la modélisation filaire longitudinale sous la roue avec une anticipation dans le temps qui est définie.

La modélisation filaire unique établie sur la largeur du pneumatique une moyenne de la hauteur de la route, qui est alors appliquée au centre du point de contact au sol de ce pneumatique.

En variante on peut réaliser pour chaque roue plusieurs modélisations filaires longitudinales parallèles, par exemple deux ou trois, pour prendre en compte d’éventuelles variations transversales de la hauteur de la route sur la largeur du pneumatique.

En variante on peut à partir d’un ou de plusieurs capteurs ou caméras calculer pour chaque roue plusieurs modélisations filaires longitudinales parallèles, donnant des informations complémentaires sur des variations de hauteur transversales de la voie au niveau du contact du pneumatique. On peut en particulier établir deux ou trois modélisations filaires réparties sur la largeur du pneumatique, ce qui augmente la complexité des calculs, mais donnera plus de précisions sur le positionnement final de la roue.

La fonction de modélisation du pneumatique 4 délivre en temps réel à la fonction de modélisation dynamique de roue 6, un calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue 14.

La figure 2 détaille un modèle du contour de pneumatique comprenant sur un repère orthonormé d’axe horizontal X représentant le sens de l’avancement du véhicule, et d’axe vertical Z, une représentation théorique du contour circulaire du pneumatique 20 comportant un centre 22.

La modélisation filaire longitudinale de la route est appliquée à chaque instant sur ce repère orthonormé, pour y définir les irrégularités verticales en fonction de l’avancement du contour du pneumatique 20. En particulier la représentation filaire longitudinale présente un plan horizontal comportant un obstacle compact de petite hauteur 34, qui se trouve en avant du pneumatique 20 et à son contact.

Une came avant 24 et une came arrière 26 présentent chacune un profil rigide légèrement ovale dont le grand axe est vertical, qui est intégré sensiblement dans le contour théorique circulaire du pneumatique 20. Le centre 28 de chaque came 24, 26 se déplace uniquement dans le sens vertical, comme le montre les guidages verticaux les enserrant.

Les profils de came 24, 26 ainsi que leur écartement L sont définis par la géométrie du pneumatique utilisé. En variante on peut utiliser plus de deux cames rigides pour améliorer la précision de la représentation du contour du pneumatique.

Chaque came 24, 26 comporte un point inférieur 32 disposé à la verticale du centre 28, ces deux points étant reliés par un segment rigide 38 présentant un centre 40. Ce segment 38 représente sensiblement la partie inférieure plane du pneumatique, venant de la déformation au contact du sol de ce pneumatique supportant le poids du véhicule.

Chaque came comporte une partie inférieure active ajustée sensiblement sur le contour théorique circulaire du pneumatique 20, qui est prévue pour entrer en contact avec les irrégularités du sol définies par la représentation filaire longitudinale, comprenant pour la came avant 24 la partie en avant de son point inférieur 32, et pour la came arrière 26 la partie en arrière de son point inférieur 32.

Chaque partie active de came 24, 26 comporte une succession de points de palpage prédéfinis 30 présentés par la pointe des flèches, régulièrement répartis sur son contour rigide, formant des points discrets de calcul de hauteur de la came en fonction de ces points qui sont en contact avec la représentation filaire longitudinale.

En pratique la fonction de modélisation du pneumatique 4 prend en compte la représentation filaire longitudinale donnée par le profil de route 10, et la fait avancer en continu devant les cames 24, 26 à la vitesse du véhicule 12, pour étudier le contact des parties actives des cames ainsi que du segment 38, formant chacun un ensemble rigide, sur les irrégularités du sol.

Dans cet exemple la came avant 24 présente un point de palpage 36 en contact sur le dessus de l’obstacle 34, ce qui entraîne une translation verticale de toute cette came vers le haut. Le point inférieur 32 de la came avant 24 étant élevé et le point inférieur de la came arrière 26 restant posé au sol, le segment 38 présente un côté avant incliné vers le haut.

On en déduit la fonction de hauteur w(X) du point central 40 du segment 38, dépendant de l’avancement X du véhicule sur la représentation filaire longitudinale, qui donne directement la variation de hauteur du point d’appui du pneumatique. On en déduit la variation de hauteur théorique du centre de roue 14.

La figure 1 présente la fonction de modélisation dynamique de roue 6 recevant la variation de hauteur théorique du centre de roue 14, ainsi qu’un calcul d’effort de suspension 18 venant de la fonction de modélisation dynamique du véhicule 8, pour établir par une succession de boucles d’itérations le calcul de position du centre de roue 16.

La fonction de modélisation dynamique de roue 6 utilise la deuxième loi de Newton précisant que la somme des forces s’appliquant sur un solide est égale à sa masse multipliée par son accélération. On prend la masse de la roue ainsi que des éléments non suspendus qui lui sont liés. Le pneumatique est considéré comme un système masse, ressort et amortisseur subissant une force verticale venant du sol, qui entraîne une déformation verticale.

On obtient l’accélération verticale instantanée de la roue. Puis en réalisant une double intégration de cette accélération, on obtient la position du centre de roue calculée 16.

La fonction de modélisation dynamique du véhicule 8 prend en compte les caractéristiques de la masse et de l’inertie de la caisse du véhicule, les raideurs de la suspension et son amortissement, pour établir le calcul d’effort de suspension 18.

Une première valeur de position du centre de roue 16 donnée par la fonction de modélisation dynamique de roue 6, est entrée dans la fonction de modélisation dynamique du véhicule 8, qui donne à son tour une première valeur d’effort de suspension 18. Cette valeur d’effort de suspension 18 est entrée ensuite dans la fonction de modélisation dynamique de roue 6, pour affiner le calcul de position du centre de roue 16. En réitérant plusieurs fois cette boucle, on met à jour le calcul de position.

On obtient un moyen de calcul embarqué dans le véhicule donnant une représentation réaliste du comportement du pneumatique au contact avec le sol, prenant en compte les caractéristiques dynamiques de la caisse du véhicule, qui indique en continu et par anticipation les déplacements des roues sur un train ou les deux trains roulants du véhicule.

On peut alors en déduire en temps réel les caractéristiques optimales du pilotage de la suspension, en particulier les réglages de la raideur de la suspension en choisissant une loi de fonctionnement prédéfinie, ou de l’assiette du véhicule établie à la roue ou à l’essieu, pour améliorer le confort ou la tenue de route.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1 - Procédé de modélisation du comportement vertical dynamique d’une roue de véhicule automobile suivant un profil de route (10) mesuré en avant du véhicule, destiné à être mis en oeuvre en temps réel par un calculateur embarqué dans le véhicule, caractérisé en ce qu’il comporte une première étape réalisée par une fonction de modélisation du pneumatique (4), donnant un calcul de variation de hauteur théorique du centre de roue (14) suivant le profil de route mesuré (10) et la vitesse du véhicule (12), à partir d’un modèle du contour de pneumatique, puis une deuxième étape réalisée par une fonction de modélisation dynamique de roue (6) donnant un premier calcul de position du centre de roue (16), et ensuite des itérations en boucle de cette deuxième étape prenant en compte un calcul d’effort de suspension (18) réalisé par une fonction de modélisation dynamique du véhicule (8), pour renouveler successivement ce calcul de position avec les valeurs de l’itération précédente et la nouvelle valeur du profil de route.
2. 2 - Procédé de modélisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil de route (10) est mesuré en avant du véhicule par des caméras ou des capteurs.
3. 3 - Procédé de modélisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le profil de route mesuré (10) est mis sous forme d’une modélisation filaire longitudinale à une dimension donnant les irrégularités dans la direction verticale.
4. 4 - Procédé de modélisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil de route mesuré (10) est mis sous forme de plusieurs modélisations filaires longitudinales parallèles.
5. 5 - Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle du contour de pneumatique utilise des profils de came rigides (24, 26), qui se déplacent dans la direction verticale.
6. 6 - Procédé de modélisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les profils de came comportent des points de palpage prédéfinis (30) répartis sur le contour, formant des points discrets de calcul de hauteur de la came en fonction de ceux qui sont en contact avec le profil de route.
7. 7 - Procédé de modélisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle du contour de pneumatique comporte un segment rigide central (38) posé à plat au sol en l’absence d’irrégularité de ce sol.
8. 8 - Procédé de modélisation selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le modèle du contour de pneumatique comporte une came avant (24) et une came arrière (26) présentant chacune un profil rigide légèrement ovale dont le grand axe est vertical, qui est intégré sensiblement dans le contour théorique circulaire du pneumatique (20), le segment rigide central (38) reliant les deux points inférieurs de chaque came.
9. 9 - Véhicule automobile équipé de moyens de mesure du profil de route (10) en avant de ce véhicule, et de moyens de modélisation du comportement dynamique vertical des roues en fonction de ce profil de route, caractérisé en ce que ces moyens de modélisation utilisent un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. 10 - Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de réglage de la loi de fonctionnement de la raideur de la suspension, ou de l’assiette du véhicule établie à la roue ou à l’essieu, dépendant du comportement dynamique vertical des roues calculé.