WO2001036240A1 - Electronic braking device - Google Patents

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WO2001036240A1
WO2001036240A1 PCT/CA2000/001361 CA0001361W WO0136240A1 WO 2001036240 A1 WO2001036240 A1 WO 2001036240A1 CA 0001361 W CA0001361 W CA 0001361W WO 0136240 A1 WO0136240 A1 WO 0136240A1
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WO
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torque
wheel
setpoint
braking
slip
Prior art date
Application number
PCT/CA2000/001361
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French (fr)
Inventor
Yvon Rancourt
Christian Menard
Original Assignee
Newtech Mecatronic Inc.
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 Newtech Mecatronic Inc. filed Critical Newtech Mecatronic Inc.
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    • F16D65/16Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • F16D65/186Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes with full-face force-applying member, e.g. annular
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    • B60T17/00Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18Safety devices; Monitoring
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    • B60T17/221Procedure or apparatus for checking or keeping in a correct functioning condition of brake systems
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    • B60T8/00Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/176Brake regulation specially adapted to prevent excessive wheel slip during vehicle deceleration, e.g. ABS
    • B60T8/1761Brake regulation specially adapted to prevent excessive wheel slip during vehicle deceleration, e.g. ABS responsive to wheel or brake dynamics, e.g. wheel slip, wheel acceleration or rate of change of brake fluid pressure
    • B60T8/17616Microprocessor-based systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/52Torque sensing, i.e. wherein the braking action is controlled by forces producing or tending to produce a twisting or rotating motion on a braked rotating member
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    • F16D2121/20Electric or magnetic using electromagnets
    • F16D2121/22Electric or magnetic using electromagnets for releasing a normally applied brake

Definitions

  • the present invention relates to a brake control device in which the control of the maximum braking efficiency is obtained by measuring and controlling the drag torque measured on the brake using a sensor for measuring this torque.
  • the drag torque is controlled by the pilot's brake pedal.
  • Anti-skid or anti-blockers aim to prevent the locking of a wheel or several wheels of a mobile such as an automobile, a train, an airplane etc. that we want to stop.
  • the operation consists, during the moments of braking when the pressure is applied to the brakes, to measure by mechanical means such as the weights, or electric such as a deceleration or speed variation sensor, the deceleration of the wheel which equips the mobile, and cut, as a function of a certain deceleration, the hydraulic supply applied to the wheel brake, in order to release the rotational movement of the wheel and allow it to regain speed by function of grip on the ground.
  • This action then allows the moving vehicle to avoid blocking the wheel, i.e. stopping the wheel and, consequently, destroying the coating. wheel (tires, tires, etc.) which could cause loss of directional control of the mobile.
  • the initial objective was not to destroy the tires and to avoid flat spots on the tread, bursts and all types of deterioration, for example, the slip of the tire bead in the rim, which could have endangered the safety of the airplane during braking on the ground, both during landing and during the taxiing.
  • the objective has been to avoid the flats on the steel tread, and therefore not to create facets on the wheels, these facets causing premature wear of the wheels and rails, jolts and random noises at each revolution of the wheel during the rolling, thus causing the activation of mechanical natural frequencies and destruction by bursting of the wheel.
  • the landing speed is generally between 100 and 360 km / h, and their mass varies between 8 and 100 tonnes.
  • the speed is of the same order of magnitude, but the mass is greater and varies greatly depending on the number of wagons making up the train.
  • the SPAD is an electronic system which exploits the principle of wheel slip control.
  • the slip is related to the grip, and therefore the control of the slip is a good method to maintain a wheel at a desired slip, slip which can be adjusted for a value where the wheel evolves at the maximum of the curve d grip, therefore maximum braking efficiency.
  • the first consists in obtaining the speed of the mobile relative to the ground by measuring, using a tachometer mounted on a device in contact with the ground (unbraked wheel), the speed of the mobile.
  • a sensor such as an accelerometer
  • the third uses an inertial unit which provides information on the speed of the mobile.
  • the fourth calculates the average speed of all the braked wheels, and this information is transmitted to an electronic calculation operator who calibrates the speed.
  • the fifth calculates, relative to a target, the speed using a radar, a laser or a telemetric device.
  • technique 1 assumes that at least one of the wheels or an additional wheel is equipped with a tachometer independent of the wheels subjected to braking.
  • Technique 5 includes, in principle, uncertainties when the target is lost, for example as a function of the density of the fog, the size of the puddles, the orientation of the antennas and targets, the effect of echoes and interference of any kind, etc. Furthermore, the cost of implementing techniques 1 to 3 and 5 is relatively high, and therefore hardly acceptable for a braking system which controls the sliding of the wheels for application sectors such as the automobile and land transport.
  • Figure 1 illustrates the theoretical appearance of a so-called "natural" grip-slip curve established at the start of braking with a strong deceleration of the axle;
  • Figure 2 illustrates a characteristic grip-slip curve established at the start of braking (idealized course);
  • Figure 3 illustrates a characteristic curve ⁇ as a function of the slip;
  • Figure 4 illustrates different grip-slip curves established experimentally at a speed V ⁇ of 120 km / h;
  • Figure 5 illustrates the influence of the deceleration of the axle on the position of the apex B
  • Figure 7 illustrates the evolution of the relation ⁇ ., As a function of energy
  • Figure 8 illustrates the modification of the grip by the maintained slip
  • Figure 9 illustrates a braking curve during a stop from 180 km / h with controlled permanent slip
  • Figures 10a and 10b illustrate a sensor used in the device of the present invention
  • Figure 11 illustrates an electronic module used in the device of the present invention
  • Figure 12 shows the sensor output voltage (V) vs. displacement ( ⁇ m);
  • Figures 13a, 13b, 14a and 14b illustrate a brake comprising a sensor according to the present invention
  • Figure 15 illustrates a detail of Figure 14
  • Figure 16 illustrates a force curve (N) as a function of the air gap (mm);
  • FIG. 17a and 17b illustrate the position of the sensor on a brake pedal
  • FIG. 18 illustrates a situation where a sensor has been put in the brake at a pressure capable of maintaining a constant torque on the wheel, and where the initial speed Vref of this wheel decreases linearly from Vref towards a zero speed;
  • Figure 19 illustrates the organization of control loops
  • Figure 20 illustrates the principle of brake regulation according to the present invention with a pedal setpoint controller
  • Figure 22 illustrates the law of measurement of the drag torque, or braking torque, on the brake Cf by the torque sensor
  • Figure 23 illustrates the general reference equation of the pole which is related to the mathematical equations of the tire of the wheel and the suspension
  • Figures 24a and 24b illustrate a grip curve as a function of the wheel slip rate, and different pedal setpoint control curves
  • FIGS 25a and 25b illustrate examples of the regulator transfer function (gain and phase);
  • Figure 26 illustrates the composition of the electronic device according to the present invention.
  • Figures 27 and 28 illustrate the calculation of the longitudinal speed V L from the wheel speed information, braking torque, distance traveled and mass of the vehicle.
  • Figure 29 illustrates the variation of the system elements during braking.
  • the present invention relates to a new braking system designated under the name IBS (Intelligent Braking System), which makes it possible to maintain the braking torque to the maximum allowed by the grip to which the wheel is subjected, and therefore to be able to obtain efficiency. maximum braking.
  • IBS Intelligent Braking System
  • P is the load on the ground of the axle in the dynamic state
  • Fe is the braking force of an axle brought back to the rim and relative to the brakes using ground-wheel grip
  • F is the sum of Fe for the vehicle; r is the radius of the wheel;
  • I is the moment of polar inertia of the axle;
  • m is the sum of l / r 2 for the vehicle;
  • Re is the reaction of the road on the axle or drag;
  • Vt is the vehicle translation speed
  • Yv is the deceleration of the vehicle, or dVt / dt
  • Yr is the deceleration of the wheel, or dv / dt
  • Ra is the resistance to the advancement of the vehicle
  • the conventional definition of grip makes it possible to write that in the presence of a maximum braking force (Fmax), reduced to the rim, it is possible to exert a force on an axle without the latter slipping.
  • the maximum reaction Rmax of the wheel corresponding to the force Fmax the available grip.
  • the available grip depends on a variable which is the relative slip of the wheel with respect to the ground. There is, for each wheel-ground contact state defined by the Coulomb coefficient ⁇ and for each speed, an available grip curve similar to that of Figure 1 and Figure 2.
  • the adhesion passes through a very sharp maximum point if the slip is very low, for example in the case of steel-on-steel friction, and through a less sharp maximum point for a much greater slip, for example in rubber friction on asphalt (see Figure 3).
  • the grip-slip curves vary with grip ( Figure 4), which themselves depend on atmospheric conditions, as well as parameters such as speed, pressure of the wheel on the ground and slip energy developed in wheel-ground contact. There are therefore an infinite number of grip curves and, during braking, we pass from one curve to another.
  • the parameters which influence the grip are the macrogeometric state of the wheel-ground surfaces in contact, the soil pollution, the atmospheric conditions, the running speed, the dynamic vertical load P of the axle.
  • the geometrical parameters of the wheel and the ground have their influence on the specific contact pressure wheel-ground.
  • this parameter is very influenced by the dynamics of the vehicle and in particular by the suspension.
  • the sliding energy has an influence on the adhesion, and therefore on the sliding power.
  • the sliding energy of an axle evaluated between the start of braking and any instant is expressed according to the above definition, and this energy moves the vertex (see Figure 5).
  • a strong deceleration reduces the time required to reach point B as well as the grip at this point.
  • this is offset by a stronger slip. Consequently, the sliding energy is the same in both cases.
  • the more the deceleration increases the more the vertex B is rejected towards the right of the curve.
  • the contact of a steel wheel with a steel rail is a typical example. If we consider the contact of a rubber wheel on an asphalt floor, the point B also moves, but the grip does not decrease. Rather, it increases due to the regeneration of the tire surface and the increase in temperature of the contact surface.
  • the object of the invention is to show that by considering the equations of the physics of an axle and wheel-ground system, therefore by acquiring means for permanently measuring the braking force which develops in a brake, we obtains the image of the grip, and by that very fact that of the drag Re which is the basic parameter. All modern braking systems require knowledge of Re or its calculation. Indeed, knowing Re at each instant, and in particular its maximum value, makes it possible to control the optimal braking efficiency since it is the values of Re which determine the conditions of the slip to which each wheel will be subjected.
  • the invention does not seek to impose a slip value, but rather an optimal braking force which balances the optimal drag, which will determine the optimal braking efficiency corresponding to the physical parameters to which the wheel or wheels are subjected, as well as the axle.
  • the present invention consists in measuring the braking force developed in the brake, using an extensiometry sensor.
  • an extensiometry sensor Such a sensor is illustrated in Figures 10a and 10b, and is designed to measure the deformation of the structure on which it is fixed. It therefore makes it possible to measure the forces, torques and accelerations applied to this structure.
  • the sensitive element of the sensor works only in bending. The stresses are therefore very low on the fixing points whatever the type of stress on the structure. Operation is based on a mechanical extensometer method, with integrated conditioning electronics.
  • Figure 11 It delivers, for information only, an electrical signal which comes from an electronic module (see Figure 11) between 0.5 volts and 4.5 volts for a displacement of the anchor points variable from 0 to 40 ⁇ m in accordance with Figure 12.
  • Figures 13a and 13b illustrate such a sensor placed on a brake.
  • Such a sensor mounted on a brake caliper also produces an electrical signal directly related to the braking force developed by the brake.
  • Figures 14a, 14b and 15 give an embodiment of a brake equipped with a magnetic ring and an armature.
  • the armature is in relation to the friction plates of the brake.
  • the magnetic field produced by the passage of current in the magnetic ring closes in the armature and the force (in Newton) produced is given in Figure 16 as an indication for a ring supplied by a voltage of 12 volts.
  • the control action of the IBS system is determined by the pilot who imposes a torque setpoint on the brakes, that is to say which imposes a braking torque on all the brakes through the use of a sensor associated with the action on the brake control pedal, the sensor being called torque setpoint
  • the value of the torque in each brake is controlled by a sensor, the signal of which is compared at all times to the torque setpoint.
  • the computer which measures and carries out the weights as a function of the drag torques adapts the torque setpoints as a function of the optimum of the admissible adhesions for each wheel, which makes it possible to apply the torque adapted to the optimal braking conditions in the brakes.
  • the system is controlled in the same way as a pilot would, who would adapt his action on the pedal according to grips so as to obtain maximum braking efficiency and the shortest stopping distance possible.
  • the I B S system calculates the adhesions with precision and makes it possible to place the regulation of the torques of the brakes to the maximum of the adhesions allowed by the physical laws which govern braking.
  • the IBS system modifies the driver's request (automatic reduction of the torque setpoints) if the requested couples are unacceptable (too high) for the grip conditions to which the vehicle is subjected. It always leaves it to the driver to freely control the braking (increase in torque settings) if the requested torques are acceptable for the grip conditions to which the vehicle is subjected.
  • the sensor operates as follows. When the electromagnetic pressure or force is applied in the brake and the wheel turns, the part of metal on which the sensor is fixed is subjected to forces which determine elongations in the structure of the brake and the sensor. An example of installation of the sensor on a brake pedal is illustrated in Figures 17a and 17b. These elongations are of the order of several tens of microns.
  • the sensor therefore makes it possible to have an image of the drag, but above all it makes it possible to know the exact position of the maximum of the grip curve when the wheel is braked and that it is driven by a rotational movement (see Figure 18).
  • the slip of this wheel at the reference speed corresponds to a value of 0% slip, and under the effect of the braking force, the speed decreases and the wheel reaches 100 % slip.
  • the signal produced by the sensor mounted on the brake describes a curve which shows an increase in the value of the signal for wheel slip values from 0% to around 18%, then a decrease in the value of the signal large enough for slip values of about 18% to about 28%, and then a moderate decrease in the value of the signal for slip values of about 28% to about 84%, then large about 84% to 100%.
  • the sensor delivers an image of the drag, therefore of Re. It thus makes it possible to locate the level of grip, as well as its maximum. Indeed, the same recording for an increased load P on the wheel and carried out under the same conditions gives the same maximum at 18% with a higher maximum level.
  • the time taken for the wheel to travel from 0% to 100% is in the range of 0.5 to 0.6 seconds. The slip value is not maintained, so the slip energy does not evolve the position of maximum grip towards increasing sliding in this case.
  • the operator 32 determines a so-called pedal force instruction law which is related to the sensations desired by the driver as a function of the type of vehicle or of the vehicle itself.
  • the torque setpoint law is directed to three summing operators connected in cascade 33, 34 and 35, which each have the ability to perform several functions.
  • the first 33 compares the setpoint Ce requested with the result from a calculation operator 37 which is a controller of the setpoint of the pedal and which we will consider at this stage without action on the law of the pedal.
  • the second 34 compares the requested setpoint Ce with the result from a calculation operator 36 which is a slip controller in which the system operates, and which delivers a corrective function greater or less than the torque setpoint Cc (a).
  • the operator 36 is deactivated, that is to say when the system does not integrate the knowledge of the slip, then the operator 36 does not intervene and the operator 34 is without action.
  • the operator 35 which compares the setpoint Ce requested with the result from the calculation operator 33.
  • U2 is expressed in volts and Cf in mdeca Newton units, which translates the torque of the brake Cf (a) for example.
  • the results of the treatments of 38 go into 35 which performs the comparison of the information in order to deduce therefrom a signal on a proportional actuator which determines the pressure in the brake 40 and consequently ensures the closing of the control-command loop.
  • the braking torque Cf which can be applied to the brake and to the wheel, is always smaller than the torque setpoint Ce requested by the pilot.
  • the maximum braking torque Cf applied to the brake and to the wheel is the maximum applicable taking account of the grip.
  • the time base or the gain of the increase or decrease of the torque setpoint is therefore variable depending on the sign and the difference between the values of Ce and Cf.
  • the Laplace equation for the control loop of torque is as follows
  • e ⁇ p is the pure delay that exists between the moment when the electromagnetic pressure or force is put in the brake and the moment when the torque is actually active on the brake.
  • This delay is a mechanical characteristic of the brake design. It is generally at best 10 milliseconds for so-called “full contact” brakes with a friction surface of 360 °, and at most 50 to 100 milliseconds for caliper brakes.
  • k (E1) is the result of the comparison of the torque setpoint and the braking torque.
  • the pole p5 is a pole which is related to the mathematical equations of the tire of the wheel 41 and of the suspension 42 whose general equation of reference with respect to Figure 23 is as follows
  • Ks Suspension stiffness
  • Cs suspension damping
  • Kp Pneumatic stiffness
  • the pole p5 is linked to the natural frequency of the assembly and its setting determines the stability of the wheel when the torque control is carried out.
  • the torque control loop and the timing of this pole eliminate the dynamic and frequency reactions due to the suspended assembly, and attenuates the frequencies contained in the spectrum of the natural frequencies of the suspended masses under the effect of an impact on wheel contact -ground.
  • the ground is the generator of the grip curve in the device.
  • Figures 24a and 24b explain more precisely the operation of the invention.
  • the pilot presses at time t1 until time t2 on the brake pedal and imposes an increasing brake torque setpoint up to the value P1.
  • F (g)
  • the slip changes from point 0% to point P1% of slip.
  • the braking torque follows and is consistent with the requested setpoint.
  • the device evolves in the stable zone of the sliding curve.
  • the brake torque setpoint is stable at the value P1.
  • the device evolves in the stable zone of the sliding curve. It retains the setpoint P1 and the braking torque remains stable at times from t2 to t3.
  • the pilot applies more pressure on the brake pedal at time t3 until time t4 and imposes a setpoint of increasing torque on the brake up to the value P2.
  • F (g)
  • the slip changes from point P1 to point P2.
  • the braking torque follows and is consistent with the requested setpoint.
  • the device evolves in the maximum zone of the sliding curve.
  • F (g)
  • the braking torque, taking account of the grip, is no longer consistent with the requested setpoint. Indeed, the device evolves and passes from the stable zone to the unstable zone of the sliding curve. The braking torque or drag torque is then no longer consistent with the setpoint and no longer follows the setpoint of the pedal.
  • the operator 37 intervenes to reduce the setpoint of the operator 33, which delivers a modified pedal setpoint law so that the consistency between the setpoint torque and the braking torque is found, and therefore requires the reduction of the torque up to to obtain a point which is situated in the zone of the maximum of the grip curve, that is point P3 in the example given.
  • Figures 24a and 24b also show the behavior of the wheel with the correction of the braking torque and without the correction.
  • the operator 37 that is to say, the pedal setpoint controller, gives the orders adapted to the expected behavior.
  • the operator 37 performs another calculation in order to detect the state of the behavior of the wheel beyond the maximum grip.
  • the operator receives information about the speed of the wheel and then calculates the second derivative dv 2 / dt 2 , which makes it possible to know if the wheel, beyond the maximum, loses speed in the direction of increasing slippage , therefore towards blocking or if the wheel picks up speed in the direction of decreasing sliding.
  • the parameter g is delivered by the slip calculation operator 45 which receives the speed information from all the wheels which are fitted to the vehicle and are a part of the vehicle parameters. In this case, a calculation of the longitudinal speed of the vehicle which is based on the knowledge of the braking torques applied on each wheel and the speed of each wheel can be performed (see Figure 27).
  • This calculation takes into account the physical equations of the device and allows, from the measured couples, to calculate in the following software operators, the braking forces 53, then the deceleration 54 and the linear speed of the vehicle 55.
  • a number of software operators complementary allow verification of the accuracy thanks to the use of calculations based on braking torques, wheel speeds, distances and kinetic energies. These operators provide security redundancy in the event of failure of the main calculation chain described above.
  • An operator 64 which exploits the speeds of the wheels and performs a calculation of the average of these maximum or minimum speeds and of combinations of the maximum and minimum values. This operator delivers the estimated speed of the vehicle when the driver acts on the brake pedal. The exact vehicle speed is delivered when the brake pedal is not activated by the driver.
  • An operator 59 which exploits the pulses delivered by a sensor indicating the pulses emitted by the gearbox and this in order to determine the distance traveled.
  • a distance weighting operator 58 in order to correct the information delivered by the distance traveled operators 57 and 59.
  • An operator 61 which exploits the braking torques of the wheels in order to determine the braking work.
  • An operator 63 which uses the braking work information as well as the information delivered by an operator 62 which calculates the initial kinetic energy of the vehicle. This operator 63 equates the conservation of the kinetic energy linked to the vehicle and delivers the linear speed of the vehicle at each instant as a function of the kinetic energies used.
  • An operator 65 ensures the comparisons and weights which make it possible to obtain the calculated linear speed of the vehicle.
  • Vehicle mass is either provided by a sensor, displayed by the driver or calculated. If the mass is calculated, the mass of the vehicle is calculated as follows:
  • the operator 64 calculates the deceleration (2) resulting from the knowledge of the torques and the estimated mass of the vehicle.
  • the common factor being the mass (the physical value)
  • FIG. 28 gives a simplified partial embodiment of the calculation of the linear speed and the average precision obtained for a vehicle which operates on flat or semi-flat ground is of the order of 2 to 3%. This precision is sufficient, since the real value of the slip is not important, because it is the signs of changes beyond the maximum that interest the process and the work of the operator 37.
  • Figure 29 is an example which illustrates the variation of the different elements during braking.
  • the vehicle's initial speed is 150 km / h.
  • a first curve illustrates the speed of the vehicle versus time (seconds).
  • a second curve illustrates the speed of a vehicle wheel.
  • a third curve illustrates the braking torque and its optimal values.
  • a fourth curve illustrates the force exerted on the brake.
  • a fifth curve illustrates the force exerted by the driver on the pedal.
  • the sixth curve illustrates the force corrected by the IB S system.
  • the driver exerts a certain pressure on the pedal, the speed of the vehicle and the wheel decreases until the wheel locks. At this point, the vehicle continues to slow down, but the braking torque and the force exerted on the brake peak.
  • the driver continues to exert a force on the pedal and the vehicle continues to slow down while potentially being less stable laterally.
  • the pressure exerted on the pedal is corrected to prevent the wheel from locking up, the optimal braking torque is reached and braking takes place gently.
  • Another safety function based on the calculation of the deceleration of the speed of the wheel makes it possible to immediately change the torque setpoint set to zero and to impose a zero electromagnetic pressure or force in the brake. say a total brake release and reapply the pressure or an electromagnetic force when the value of the re-acceleration of the wheel allows it.
  • the values of the intervention level of this acceleration or deceleration safety is variable depending on the slip or the speed of the vehicle.
  • the invention can advantageously have an additional level of control which is the slip control of the wheel.
  • This control keeps the wheel at an imposed or variable slip. It is then necessary to calculate the vehicle speed with acceptable accuracy.
  • the operation of such a control is included in the diagram of Figure 19, which includes an optional module.
  • the latter processes and determines the slip control that the device wants to impose on the wheel.
  • This module receives measurements and parameters related to the vehicle, the elements of which will be explained below. It includes an operator for calculating the speed of the vehicle 45, an operator for calculating the slip 46, a comparator 48 which determines the sign of the commands which results from the comparison of the slip which it is desired to impose and deliver by the operator 49 and that of the actual slip at which the wheel is maintained.
  • the signals from the comparator 47 are used by a slip regulation operator 49 whose action will be to issue to the operator 34 orders for increasing or decreasing the torque setpoint to maintain the wheel at the requested slip.
  • This equation takes into account the calculation elements which are linked to the main mechanical, hydraulic, electrical, electronic components and the sensors, which constitute the slip command control loop.
  • the invention shows that it is possible to control the braking efficiency on each wheel, and subsequently to impose on each wheel a predetermined or pre-calculated drag torque.
  • the composition of the electronic device (see Figure 26) consists of an electronic control unit which receives information from different sensors and which controls the actuators.
  • an alternative to further improve braking efficiency is to provide the vehicle with a sensor on the suspension so that the vehicle load is taken into account during braking optimization calculations.
  • a gauge placed on the rear suspension of each wheel and connected to the device of the invention could very well fulfill this task.
  • the electronic circuit box is preferably made up of a 16-bit microcontroller with a base clock frequency of 20 MHz, a 256 kB flash memory, a CAN converter with 16 10-bit coded inputs , and 4 PWM outputs.
  • the input parameters are:

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Abstract

The invention concerns a braking control device whereby maximum braking control is obtained by measuring and controlling the drag torque measured on the brake by means of a sensor measuring said torque (43). Advantageously, the drag torque is controlled by the pilot's brake pedal (31). It enables to control the braking force whatever be the actuating member for the mechanical mobile parts of the hydraulic, pneumatic or electromagnetic brake (39).

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE FREINAGE ELECTRONIC BRAKING DEVICE
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de contrôle du freinage dans lequel le contrôle de l'efficacité maximum de freinage est obtenu par la mesure et le contrôle du couple de traînée mesuré sur le frein à l'aide d'un capteur de mesure de ce couple. De façon avantageuse, le couple de traînée est commandé par la pédale de frein du pilote.The present invention relates to a brake control device in which the control of the maximum braking efficiency is obtained by measuring and controlling the drag torque measured on the brake using a sensor for measuring this torque. . Advantageously, the drag torque is controlled by the pilot's brake pedal.
ART ANTÉRIEURPRIOR ART
Les systèmes électroniques de freinage ont été introduits sur le marché à la fin des années 60. C'est le secteur de l'aéronautique qui le premier a utilisé ces dispositifs, et ceci afin de résoudre les problèmes techniques causés par l'utilisation des anti-bloqueurs de type mécanique, électromécanique et électro-hydraulique. Des exemples de ces derniers incluent le "max-arrêt" de la société Dunlop, le "mini modulator" de la société Messier en Europe, les "anti-skid" des sociétés Bendix et Hydro Air aux États- Unis. Tous ces dispositifs sont généralement appelés '"anti-skid".Electronic braking systems were introduced to the market at the end of the 1960s. It was the aeronautics sector which first used these devices, in order to solve the technical problems caused by the use of anti - mechanical, electromechanical and electro-hydraulic blockers. Examples of these include the "max-stop" from Dunlop, the "mini modulator" from Messier in Europe, the "anti-skid" from Bendix and Hydro Air in the United States. All these devices are generally called "anti-skid".
Les anti-skid ou anti-bloqueurs, comme leur nom l'indique, ont pour but d'éviter le blocage d'une roue ou de plusieurs roues d'un mobile tel qu'une automobile, un train, un avion etc. que l'on veut arrêter. Le fonctionnement consiste, pendant les instants de freinage lorsque la pression est appliquée aux freins, à mesurer par des moyens mécaniques tels que les masselottes, ou électriques tels qu'un capteur de décélération ou de variation de vitesse, la décélération de la roue qui équipe le mobile, et de couper, en fonction d'une certaine décélération, l'alimentation hydraulique appliquée sur le frein de la roue, afin de libérer le mouvement de rotation de la roue et de permettre à celle-ci de reprendre de la vitesse en fonction de l'adhérence au sol. Cette action permet alors au véhicule qui se déplace d'éviter un blocage de la roue, c'est-à-dire l'arrêt de la roue et, conséquemment, la destruction du revêtement de la roue (pneus, bandages, etc.) pouvant causer ainsi la perte de contrôle directionnel du mobile.Anti-skid or anti-blockers, as their name suggests, aim to prevent the locking of a wheel or several wheels of a mobile such as an automobile, a train, an airplane etc. that we want to stop. The operation consists, during the moments of braking when the pressure is applied to the brakes, to measure by mechanical means such as the weights, or electric such as a deceleration or speed variation sensor, the deceleration of the wheel which equips the mobile, and cut, as a function of a certain deceleration, the hydraulic supply applied to the wheel brake, in order to release the rotational movement of the wheel and allow it to regain speed by function of grip on the ground. This action then allows the moving vehicle to avoid blocking the wheel, i.e. stopping the wheel and, consequently, destroying the coating. wheel (tires, tires, etc.) which could cause loss of directional control of the mobile.
Pour les avions, l'objectif initial fut de ne pas détruire les pneus et d'éviter les plats sur la bande de roulement, les éclatements ainsi que tous les types de détérioration, par exemple, le glissement du talon du pneu dans la jante, qui auraient pu mettre en danger la sécurité de l'avion lors du freinage au sol aussi bien à l'atterrissage que pendant le roulement.For airplanes, the initial objective was not to destroy the tires and to avoid flat spots on the tread, bursts and all types of deterioration, for example, the slip of the tire bead in the rim, which could have endangered the safety of the airplane during braking on the ground, both during landing and during the taxiing.
Pour les trains, l'objectif a été d'éviter les plats sur la bande de roulement en acier, et donc de ne pas créer de facettes sur les roues, ces facettes entraînant l'usure prématurée des roues et des rails, des soubresauts et des bruits aléatoires à chaque tour de roue pendant le roulement, causant ainsi la mise-en-action de fréquences propres mécaniques et la destruction par éclatement de la roue.For trains, the objective has been to avoid the flats on the steel tread, and therefore not to create facets on the wheels, these facets causing premature wear of the wheels and rails, jolts and random noises at each revolution of the wheel during the rolling, thus causing the activation of mechanical natural frequencies and destruction by bursting of the wheel.
A l'origine, ces systèmes ont été développés pour des fins de sécurité. Toutefois, il est nécessaire de situer dans le temps les mobiles et de prendre en considération un facteur important qui est l'augmentation de la vitesse et du poids de ces derniers, de même que l'augmentation du nombre de véhicules en circulation. Ces paramètres, combinés aux progrès technologiques, ont contribué à l'évolution des anti-bloqueurs.Originally, these systems were developed for security purposes. However, it is necessary to locate the mobiles in time and to take into consideration an important factor which is the increase in the speed and the weight of the latter, as well as the increase in the number of vehicles in circulation. These parameters, combined with technological progress, have contributed to the evolution of anti-blockers.
Dans le cas des avions, la vitesse d'atterrissage se situe généralement entre 100 et 360 km/h, et leur masse varie entre 8 et 100 tonnes. Pour un train, la vitesse est du même ordre de grandeur, mais la masse est plus importante et varie grandement en fonction du nombre de wagons composant le train.In the case of airplanes, the landing speed is generally between 100 and 360 km / h, and their mass varies between 8 and 100 tonnes. For a train, the speed is of the same order of magnitude, but the mass is greater and varies greatly depending on the number of wagons making up the train.
Dans les années 60, le seul fait d'éviter le blocage des roues ne résolvait pas de façon optimale le problème posé par le freinage, ce problème étant d'arrêter le mobile sur la distance optimale permise par l'adhérence au sol. Les lois de la physique indiquent que pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'appliquer aux freins une force de freinage en accord avec le maximum permis par la loi d'adhérence à laquelle est soumise la roue, et que par conséquence, la roue ne se bloquera jamais si à chaque instant les lois de la physique sont respectées.In the 1960s, the mere fact of avoiding the locking of the wheels did not optimally solve the problem posed by braking, this problem being to stop the mobile for the optimal distance allowed by the grip ground. The laws of physics indicate that to achieve this objective, it is necessary to apply to the brakes a braking force in accordance with the maximum allowed by the law of adhesion to which the wheel is subjected, and that consequently, the wheel will never be blocked if at all times the laws of physics are respected.
Un dispositif communément appelé Système Perfectionné Anti Dérapant (SPAD), actuellement en service sur les avions de la société Dassault et du Consortium Airbus Industries, a récemment été développé. Le SPAD est un système électronique qui exploite le principe de contrôle du glissement des roues. En théorie, le glissement est en relation avec l'adhérence, et donc le contrôle du glissement est une bonne méthode pour maintenir une roue à un glissement désiré, glissement qui peut être réglé pour une valeur où la roue évolue au maximum de la courbe d'adhérence, donc à l'efficacité maximum du freinage. Cependant, la difficulté est que le glissement, qui est par ailleurs le résultat de l'équation g = (V- v )/V dans laquelle V est la vitesse linéaire du mobile à arrêter, et v est la vitesse de la roue à freiner, n'est pas très facile à calculer avec précision et ce, pour les raisons suivantes. En effet, le calcul de la vitesse linéaire V du mobile n'est pas facile à obtenir, que ce soit du point de vue de la précision ou économiquement. En effet, plus la précision est grande, par exemple de l'ordre de 2 à 3%, plus les frais associés à l'obtention d'une telle précision sont élevés. Il existe plusieurs techniques pour obtenir la vitesse linéaire V. Les plus connues sont les suivantes:A device commonly known as the Advanced Anti-Skid System (SPAD), currently in service on aircraft of the company Dassault and the Airbus Industries Consortium, has recently been developed. The SPAD is an electronic system which exploits the principle of wheel slip control. In theory, the slip is related to the grip, and therefore the control of the slip is a good method to maintain a wheel at a desired slip, slip which can be adjusted for a value where the wheel evolves at the maximum of the curve d grip, therefore maximum braking efficiency. However, the difficulty is that the slip, which is also the result of the equation g = (V- v) / V in which V is the linear speed of the mobile to stop, and v is the speed of the wheel to brake , is not very easy to calculate with precision for the following reasons. Indeed, the calculation of the linear speed V of the mobile is not easy to obtain, either from the point of view of precision or economically. Indeed, the greater the precision, for example of the order of 2 to 3%, the higher the costs associated with obtaining such precision. There are several techniques for obtaining the linear speed V. The best known are the following:
La première consiste à obtenir la vitesse du mobile par rapport au sol en mesurant, à l'aide d'un tachymètre monté sur un dispositif en contact avec le sol (roue non freinée), la vitesse du mobile.The first consists in obtaining the speed of the mobile relative to the ground by measuring, using a tachometer mounted on a device in contact with the ground (unbraked wheel), the speed of the mobile.
La deuxième mesure la décélération du véhicule à l'aide d'un capteur tel qu'un accéléromètre, puis intègre cette décélération pour réaliser le calcul de la vitesse. Cette façon de procéder suppose un calage précis de l'accéléromètre et la considération du changement de la position de l'accéléromètre, dans le sens positif ou négatif, en fonction des mouvements du mobile.The second measures the deceleration of the vehicle using a sensor such as an accelerometer, then integrates this deceleration to calculate the speed. This way of proceeding supposes a precise calibration of the accelerometer and consideration of the change in the position of the accelerometer, in the positive or negative direction, depending on the movements of the mobile.
La troisième utilise une centrale inertielle qui fournit l'information sur la vitesse du mobile.The third uses an inertial unit which provides information on the speed of the mobile.
La quatrième calcule la vitesse moyenne de toutes les roues freinées, et cette information est transmise à un opérateur de calcul électronique qui calibre la vitesse.The fourth calculates the average speed of all the braked wheels, and this information is transmitted to an electronic calculation operator who calibrates the speed.
La cinquième calcule, par rapport à une cible, la vitesse à l'aide d'un radar, un laser ou un dispositif télémétrique.The fifth calculates, relative to a target, the speed using a radar, a laser or a telemetric device.
Chacune de ces techniques présente des désavantages importants.Each of these techniques has significant disadvantages.
Pour les techniques 2 et 4, la précision de la mesure de la vitesse varie entre 3 à 15%, ce qui est à peine acceptable. La mise en œuvre de la technique 1 suppose qu'au moins une des roues ou une roue additionnelle est équipée d'une tachyméthe indépendante des roues soumises au freinage. La technique 5 comporte, dans son principe, des incertitudes lorsque la cible est perdue, par exemple en fonction de la densité du brouillard, de l'importance des flaques d'eau, de l'orientation des antennes et des cibles, de l'effet des échos et des brouillages de toute nature, etc. Par ailleurs, le coût de mise en œuvre des techniques 1 à 3 et 5 est relativement élevé, donc difficilement acceptable pour un système de freinage qui contrôle le glissement des roues pour des secteurs d'application comme l'automobile et les transports terrestres.For techniques 2 and 4, the accuracy of the speed measurement varies between 3 to 15%, which is hardly acceptable. The implementation of technique 1 assumes that at least one of the wheels or an additional wheel is equipped with a tachometer independent of the wheels subjected to braking. Technique 5 includes, in principle, uncertainties when the target is lost, for example as a function of the density of the fog, the size of the puddles, the orientation of the antennas and targets, the effect of echoes and interference of any kind, etc. Furthermore, the cost of implementing techniques 1 to 3 and 5 is relatively high, and therefore hardly acceptable for a braking system which controls the sliding of the wheels for application sectors such as the automobile and land transport.
On comprend que le coût et l'imprécision de la mesure de la vitesse limite les possibilités des systèmes qui contrôlent le glissement des roues et que, par le fait même, il est difficile de maintenir les roues à freiner au glissement optimal, donc à une adhérence optimale, et obtenir ainsi une distance d'arrêt optimale.It is understood that the cost and imprecision of measuring the speed limits the possibilities of the systems which control the sliding of the wheels and that, by the same fact, it is difficult to keep the wheels to brake at optimal glide, therefore at an optimal grip, and thus obtain an optimal stopping distance.
DANS LES DESSINS La Figure 1 illustre l'allure théorique d'une courbe dite "naturelle" d'adhérence-glissement établie en début de freinage avec une forte décélération de l'essieu;IN THE DRAWINGS Figure 1 illustrates the theoretical appearance of a so-called "natural" grip-slip curve established at the start of braking with a strong deceleration of the axle;
La Figure 2 illustre une courbe caractéristique d'adhérence-glissement établie en début de freinage (tracé idéalisé); La Figure 3 illustre une courbe caractéristique τ en fonction du glissement;Figure 2 illustrates a characteristic grip-slip curve established at the start of braking (idealized course); Figure 3 illustrates a characteristic curve τ as a function of the slip;
La Figure 4 illustre différentes courbes d'adhérence-glissement établies expérimentalement à une vitesse Vτ de 120 km/h;Figure 4 illustrates different grip-slip curves established experimentally at a speed V τ of 120 km / h;
La Figure 5 illustre l'influence de la décélération de l'essieu sur la position du sommet B;Figure 5 illustrates the influence of the deceleration of the axle on the position of the apex B;
La Figure 6 illustre les déformations des courbes τ = F(glissement) aux glissements très élevées et prolongés;Figure 6 illustrates the deformations of the curves τ = F (sliding) with very high and prolonged sliding;
La Figure 7 illustre l'évolution de la relation μ., en fonction de l'énergie; La Figure 8 illustre la modification de l'adhérence par le surglissement entretenu;Figure 7 illustrates the evolution of the relation μ., As a function of energy; Figure 8 illustrates the modification of the grip by the maintained slip;
La Figure 9 illustre une courbe de freinage lors d'un arrêt à partir de 180 km/h avec glissement permanent contrôlé;Figure 9 illustrates a braking curve during a stop from 180 km / h with controlled permanent slip;
Les Figures 10a et 10b illustrent un capteur utilisé dans le dispositif de la présente invention; La Figure 11 illustre un module électronique utilisé dans le dispositif de la présente invention;Figures 10a and 10b illustrate a sensor used in the device of the present invention; Figure 11 illustrates an electronic module used in the device of the present invention;
La Figure 12 illustre la tension de sortie du capteur (V) vs. de déplacement (μm);Figure 12 shows the sensor output voltage (V) vs. displacement (μm);
Les Figures 13a, 13b, 14a et 14b illustrent un frein comprenant un capteur selon la présente invention;Figures 13a, 13b, 14a and 14b illustrate a brake comprising a sensor according to the present invention;
La Figure 15 illustre un détail de la figure 14; La Figure 16 illustre une courbe de la force (N) en fonction de l'entrefer (mm);Figure 15 illustrates a detail of Figure 14; Figure 16 illustrates a force curve (N) as a function of the air gap (mm);
Les Figures 17a et 17b illustrent la position du capteur sur une pédale de frein; La Figure 18 illustre une situation où un capteur a été mis dans le frein à une pression capable de maintenir un couple constant sur la roue, et où la vitesse initiale Vref de cette roue décroît linéairement de Vref vers une vitesse nulle;Figures 17a and 17b illustrate the position of the sensor on a brake pedal; FIG. 18 illustrates a situation where a sensor has been put in the brake at a pressure capable of maintaining a constant torque on the wheel, and where the initial speed Vref of this wheel decreases linearly from Vref towards a zero speed;
La Figure 19 illustre l'organisation des boucles de contrôle; La Figure 20 illustre le principe de la régulation de freinage selon la présente invention avec un contrôleur de consigne pédale;Figure 19 illustrates the organization of control loops; Figure 20 illustrates the principle of brake regulation according to the present invention with a pedal setpoint controller;
La Figure 21 illustre la loi de consigne dite de couple Cc = F (U1 ) que doit suivre le frein;Figure 21 illustrates the so-called torque setpoint law C c = F (U1) which the brake must follow;
La Figure 22 illustre la loi de mesure du couple de traînée, ou couple de freinage, sur le frein Cf par le capteur de couple;Figure 22 illustrates the law of measurement of the drag torque, or braking torque, on the brake Cf by the torque sensor;
La Figure 23 illustre l'équation générale de référence du pôle qui est en relation avec les équations mathématiques du pneu de la roue et de la suspension;Figure 23 illustrates the general reference equation of the pole which is related to the mathematical equations of the tire of the wheel and the suspension;
Les Figures 24a et 24b illustrent une courbe d'adhérence en fonction du taux de glissement de la roue, et différentes courbes de contrôle de consigne pédale;Figures 24a and 24b illustrate a grip curve as a function of the wheel slip rate, and different pedal setpoint control curves;
Les Figures 25a et 25b illustrent des exemples de fonction de transfert du régulateur (gain et phase);Figures 25a and 25b illustrate examples of the regulator transfer function (gain and phase);
La Figure 26 illustre la composition du dispositif électronique selon la présente invention;Figure 26 illustrates the composition of the electronic device according to the present invention;
Les Figures 27 et 28 illustrent le calcul de la vitesse longitudinale VL à partir des informations de vitesse de la roue, couple de freinage, distance parcourue et masse du véhicule; etFigures 27 and 28 illustrate the calculation of the longitudinal speed V L from the wheel speed information, braking torque, distance traveled and mass of the vehicle; and
La Figure 29 illustre la variation des éléments du système lors d'un freinage. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTIONFigure 29 illustrates the variation of the system elements during braking. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La présente invention concerne un nouveau système de freinage désigné sous le nom IBS (Intelligent Braking System), qui permet de maintenir le couple de freinage au maximum permis par l'adhérence à laquelle est soumise la roue, et donc de pouvoir obtenir l'efficacité maximum de freinage.The present invention relates to a new braking system designated under the name IBS (Intelligent Braking System), which makes it possible to maintain the braking torque to the maximum allowed by the grip to which the wheel is subjected, and therefore to be able to obtain efficiency. maximum braking.
Pour bien situer l'objet de l'invention, les équations de base qui régissent le freinage sont fournies ci-dessous, de même que la définition conventionnelle de l'adhérence ainsi que les paramètres qui influencent l'adhérence. Les paramètres et équations de base sont les suivantes.To properly situate the object of the invention, the basic equations which govern braking are provided below, as well as the conventional definition of grip as well as the parameters which influence grip. The basic parameters and equations are as follows.
P est la charge sur le sol de l'essieu à l'état dynamique;P is the load on the ground of the axle in the dynamic state;
M est la masse sur le sol du véhicule; g est le glissement de la roue par rapport au sol;M is the mass on the ground of the vehicle; g is the sliding of the wheel relative to the ground;
Fe est la force de freinage d'un essieu ramenée à la jante et relative aux freins utilisant l'adhérence sol-roue;Fe is the braking force of an axle brought back to the rim and relative to the brakes using ground-wheel grip;
F est la somme des Fe pour le véhicule; r est le rayon de la roue;F is the sum of Fe for the vehicle; r is the radius of the wheel;
I est le moment d'inertie polaire de l'essieu; m est la somme des l/r2 pour le véhicule; Re est la réaction de la route sur l 'essieu ou traînée;I is the moment of polar inertia of the axle; m is the sum of l / r 2 for the vehicle; Re is the reaction of the road on the axle or drag;
R est la somme des Re pour le véhicule; v est la vitesse circonférentielle de la roue;R is the sum of Re for the vehicle; v is the circumferential speed of the wheel;
Vt est la vitesse de translation du véhicule;Vt is the vehicle translation speed;
Yv est la décélération du véhicule, ou dVt/dt; Yr est la décélération de la roue, ou dv/dt; etYv is the deceleration of the vehicle, or dVt / dt; Yr is the deceleration of the wheel, or dv / dt; and
Ra est la résistance à l'avancement du véhicule;Ra is the resistance to the advancement of the vehicle;
L'équation fondamentale du freinage estThe basic braking equation is
Re =Fe ± (l/r2 ) dv/dtRe = Fe ± (l / r 2 ) dv / dt
Dans une phase de freinage, lorsque l'essieu ne glisse pas, l'équation est Re = Fe - (l/r2) dv/dtIn a braking phase, when the axle does not slip, the equation is Re = Fe - (l / r 2 ) dv / dt
Pour le véhicule M * Yv = R + RaFor vehicle M * Yv = R + Ra
Dans une phase de non freinage,In a non-braking phase,
Re = (l/r2 ) dv/dtRe = (l / r 2 ) dv / dt
La définition conventionnelle de l'adhérence permet d'écrire qu'en présence d'un effort maximum de freinage (Fmax), ramené à la jante, il est possible d'exercer une force sur un essieu sans que ce dernier ne glisse. La réaction maximale Rmax de la roue correspondant à l'effort Fmax l'adhérence disponible. Ceci s'exprime par la relation τ = Rmax/P = μ attendu que par définition l'essieu ne glisse pas, le terme d'inertie (l/r2) dv/dt est faible par rapport à Fe dans le cas d'une voiture, et si on néglige ce terme on obtient alors τ = Fmax/P = μ ce qui montre que la force de freinage est en relation directe avec l'adhérence.The conventional definition of grip makes it possible to write that in the presence of a maximum braking force (Fmax), reduced to the rim, it is possible to exert a force on an axle without the latter slipping. The maximum reaction Rmax of the wheel corresponding to the force Fmax the available grip. This is expressed by the relation τ = Rmax / P = μ since by definition the axle does not slip, the inertia term (l / r 2 ) dv / dt is weak compared to Fe in the case of a car, and if we neglect this term we then obtain τ = Fmax / P = μ which shows that the braking force is in direct relation with the grip.
Il existe une approche complémentaire qui est celle de l'adhérence sollicitée. Elle peut s'exprimer en fonction de l'effort de freinage F ou de la décélération Yv du véhicule. L'équation est τ = R/Mg = (M * Yv - Ra) /Mg sachant que (M + m)Yv = F +Ra et que M * Yv = R+ RA, on en déduit alors que τ = F/g(M+m)There is a complementary approach which is that of the requested adhesion. It can be expressed as a function of the braking force F or of the vehicle deceleration Yv. The equation is τ = R / Mg = (M * Yv - Ra) / Mg knowing that (M + m) Yv = F + Ra and that M * Yv = R + RA, we deduce then that τ = F / g (m + m)
On peut également établir la relation qui tient compte des effets de cabrage en introduisant le terme P. Dans ce cas, l'équation est τ = (Fe -l/r2 - Yv) /P la loi naturelle de l'adhérence a pour expression τ = Re/P, et l'adhérence disponible dépend de la variable g qui détermine le glissement relatif de la roue par rapport au sol. On exprime le glissement par la relation de la vitesse absolue du glissement et de la vitesse du véhicule, relation que l'on peut exprimer sous la forme Glissement = WΛ t avec W = Vt -v, qui est la vitesse absolue du glissement.We can also establish the relation which takes into account the rearing effects by introducing the term P. In this case, the equation is τ = (Fe -l / r 2 - Yv) / P the natural law of grip has the expression τ = Re / P, and the available grip depends on the variable g which determines the relative slip of the wheel with respect to the ground. One expresses the slip by the relation of the absolute speed of the slip and the speed of the vehicle, relation which one can express in the form Slip = WΛ t with W = Vt -v, which is the absolute speed of the slip.
D'une façon générale, l'adhérence disponible dépend d'une variable qui est le glissement relatif de la roue par rapport au sol. Il existe, pour chaque état de contact roue-sol défini par le coefficient de Coulomb μ et pour chaque vitesse, une courbe d'adhérence disponible analogue à celle de la Figure 1 et de la Figure 2.Generally speaking, the available grip depends on a variable which is the relative slip of the wheel with respect to the ground. There is, for each wheel-ground contact state defined by the Coulomb coefficient μ and for each speed, an available grip curve similar to that of Figure 1 and Figure 2.
On constate que l'adhérence passe par un point maximum très pointu si le glissement est très faible, par exemple dans le cas d'une friction acier sur acier, et par un point maximum moins pointu pour un glissement beaucoup plus important, par exemple dans le cas d'une friction caoutchouc sur asphalte (voir Figure 3).It can be seen that the adhesion passes through a very sharp maximum point if the slip is very low, for example in the case of steel-on-steel friction, and through a less sharp maximum point for a much greater slip, for example in rubber friction on asphalt (see Figure 3).
L'analyse des courbes d'adhérence permet de remarquer qu'au delà du point B, l'adhérence diminue et, en chaque point, la courbe satisfait à l'équation τP = Re = Fe - (l/r^dv/dt Si Fe est maintenu constant, c'est-à-dire si le couple de freinage est constant, alors l'équation devient dτ/dv* dv/dt * P = (-l/r2) d2v/dt2 On voit que dans ce cas dτ/dv s'annule en même temps que la dérivée seconde de la vitesse v. Les courbes d'adhérence-glissement varient avec l'adhérence (Figure 4), qui dépendent elles-mêmes des conditions atmosphériques, de même que de paramètres tels que la vitesse, la pression de la roue sur le sol et l'énergie de glissement développée au contact roue-sol. Il existe donc une infinité de courbes d'adhérence et, au cours du freinage, on passe d'une courbe à l'autre.The analysis of the adhesion curves makes it possible to note that beyond point B, the adhesion decreases and, at each point, the curve satisfies the equation τP = Re = Fe - (l / r ^ dv / dt If Fe is kept constant, that is to say if the braking torque is constant, then the equation becomes dτ / dv * dv / dt * P = (-l / r 2 ) d 2 v / dt 2 On sees that in this case dτ / dv is canceled at the same time as the second derivative of the speed v. The grip-slip curves vary with grip (Figure 4), which themselves depend on atmospheric conditions, as well as parameters such as speed, pressure of the wheel on the ground and slip energy developed in wheel-ground contact. There are therefore an infinite number of grip curves and, during braking, we pass from one curve to another.
L'équation de l'énergie de glissement a pour expression t E = JPzWdtThe equation of the sliding energy has for expression t E = JPzWdt
Les paramètres qui influencent l'adhérence sont l'état macrogéométrique des surfaces roue-sol en contact, les pollutions du sol, les conditions atmosphériques, la vitesse de roulement, la charge verticale dynamique P de l'essieu. Les paramètres géométriques de la roue et du sol ont de leur côté une influence sur la pression spécifique de contact roue-sol. Sur ce dernier point, il est intéressant de noter que ce paramètre est très influencé par la dynamique du véhicule et en particulier par la suspension. Sur le plan théorique, l'influence de la pression spécifique Ps sur l'adhérence ne peut être considéré que dans le domaine du pseudo-glissement grâce aux théories de Hertz: Ps = K1 * Q1/3 et de Kalker: τ = K2*Q"1/3, K1 et K2 étant des constantes et Q désignant la charge dynamique sur la roue.The parameters which influence the grip are the macrogeometric state of the wheel-ground surfaces in contact, the soil pollution, the atmospheric conditions, the running speed, the dynamic vertical load P of the axle. The geometrical parameters of the wheel and the ground have their influence on the specific contact pressure wheel-ground. On this last point, it is interesting to note that this parameter is very influenced by the dynamics of the vehicle and in particular by the suspension. On the theoretical level, the influence of the specific pressure Ps on the adhesion can only be considered in the field of pseudo-sliding thanks to the theories of Hertz: Ps = K1 * Q 1/3 and of Kalker: τ = K2 * Q "1/3 , K1 and K2 being constants and Q designating the dynamic load on the wheel.
On déduit de ce qui précède que Δτ/τ = ΔPs/Ps, qui détermine que toute augmentation de la pression spécifique conduit à une baisse d'adhérence proportionnelle.It is deduced from the above that Δτ / τ = ΔPs / Ps, which determines that any increase in the specific pressure leads to a proportional decrease in adhesion.
Il est mentionné ci-dessus que l'énergie de glissement a une influence sur l'adhérence, et donc sur la puissance de glissement. Par définition, l'énergie de glissement d'un essieu évaluée entre le début du freinage et un instant quelconque s'exprime selon la définition susmentionnée, et cette énergie déplace le sommet (voir Figure 5). Tel qu'illustré, une forte décélération réduit le temps nécessaire pour atteindre le point B ainsi que l'adhérence en ce point. Cependant, cela est compensé par un glissement plus fort. En conséquence, l'énergie de glissement est la même dans les deux cas. Plus la décélération augmente, plus le sommet B est rejeté vers la droite de la courbe. Le contact d'une roue en acier avec un rail en acier en est un exemple typique. Si on considère le contact d'une roue en caoutchouc sur un sol asphalté, le point B se déplace également, mais l'adhérence ne diminue pas. Elle augmente plutôt en raison de la régénération de la surface du pneu et de l'augmentation en température de la surface au contact.It is mentioned above that the sliding energy has an influence on the adhesion, and therefore on the sliding power. By definition, the sliding energy of an axle evaluated between the start of braking and any instant is expressed according to the above definition, and this energy moves the vertex (see Figure 5). As illustrated, a strong deceleration reduces the time required to reach point B as well as the grip at this point. However, this is offset by a stronger slip. Consequently, the sliding energy is the same in both cases. The more the deceleration increases, the more the vertex B is rejected towards the right of the curve. The contact of a steel wheel with a steel rail is a typical example. If we consider the contact of a rubber wheel on an asphalt floor, the point B also moves, but the grip does not decrease. Rather, it increases due to the regeneration of the tire surface and the increase in temperature of the contact surface.
La tendance des évolutions de la position de B est liée àThe trend of the changes in the position of B is linked to
A) la déformation des caractéristiques τ = f (glissement) (voir Figure 6)A) the deformation of the characteristics τ = f (slip) (see Figure 6)
B) l'évolution des courbes μ = f (glissement optimal) à isoénergie (voir Figure 7)B) the evolution of the curves μ = f (optimal slip) at isoenergy (see Figure 7)
La régénération de l'adhérence au cours du freinage contrôlé, qui entretient le glissement au voisinage de l'optimum, permet d'observer une montée progressive de l'adhérence qui semble être en relation avec le développement de l'énergie du glissement. Dans certains cas, pour une énergie donnée, l'adhérence peut doubler, voire tripler en l'espace de 10 secondes, ce qu'illustre, dans une certaine mesure, la Figure 8. Pour un même glissement en un point quelconque, l'adhérence augmente avec le temps t de maintien en glissement. Durant le temps τ, on passe progressivement de la courbe d'adhérence C1 (point M) à la courbe d'adhérence C2 (point N). La nouvelle adhérence en N est supérieure à celle en M, elle peut le cas échéant atteindre et dépasser l'adhérence μ., que l'on avait à l'instant t = 0 au point B correspondant au glissement optimal.The regeneration of the grip during controlled braking, which maintains the slip in the vicinity of the optimum, makes it possible to observe a progressive rise in the grip which seems to be in relation with the development of the energy of the slip. In certain cases, for a given energy, the adhesion can double, or even triple in the space of 10 seconds, which illustrates, to a certain extent, Figure 8. For the same sliding at any point, the adhesion increases with time t of sliding maintenance. During the time τ, we progressively pass from the adhesion curve C1 (point M) to the adhesion curve C2 (point N). The new adhesion in N is greater than that in M, it can if necessary reach and exceed the adhesion μ., Which one had at time t = 0 at the point B corresponding to the optimal slip.
La puissance de glissement bénéficie de l'énergie de glissement, mais ce glissement n'est pas conservateur, car le gain d'adhérence cesse lorsqu'on annule le glissement, et donc la puissance de glissement. Ce qui explique qu'un système de freinage qui tolère un glissement de façon cyclique, donc sans l'entretenir, régénère mal l'adhérence, et donc ne peut pas atteindre des performances optimales.The sliding power benefits from the sliding energy, but this sliding is not conservative, because the grip gain ceases when cancels the sliding, and therefore the sliding power. This explains why a braking system which tolerates sliding cyclically, therefore without maintaining it, poorly regenerates grip, and therefore cannot achieve optimal performance.
Une étude par éléments finis a montré que la roue en glissement entretenu sur le sol subit, dans la zone de contact, une élévation fugitive de température liée directement au glissement et donc à la puissance de glissement. La Figure 9 illustre les variations de l'optimum de l'adhérence en fonction de la vitesse V pour un contact acier sur acier. Il en est de même pour un contact caoutchouc/asphalte, sauf que les vitesses doivent être multipliées par un facteur 1.5 environ.A study by finite elements has shown that the sliding wheel maintained on the ground undergoes, in the contact zone, a fugitive rise in temperature directly linked to the sliding and therefore to the sliding power. Figure 9 illustrates the variations of the optimum of adhesion as a function of speed V for a steel on steel contact. The same is true for rubber / asphalt contact, except that the speeds must be multiplied by a factor of approximately 1.5.
Etant donné ce qui précède, il est clair que la recherche d'un glissement optimal est très complexe vu le nombre important de variables par ailleurs difficilement maîtrisables.Given the above, it is clear that the search for an optimal slip is very complex given the large number of variables which are otherwise difficult to control.
Le but de l'invention est de montrer qu'en considérant les équations de la physique d'un système essieu et roue-sol, donc en se dotant de moyens pour mesurer en permanence la force de freinage qui se développe dans un frein, on obtient l'image de l'adhérence, et par le fait même celle de la traînée Re qui est le paramètre de base. Tous les systèmes modernes de freinage requièrent la connaissance de Re ou son calcul. En effet, la connaissance de Re à chaque instant, et, en particulier, sa valeur maximum, permet de contrôler l'efficacité optimale du freinage puisque ce sont les valeurs de Re qui déterminent les conditions du glissement auquel sera soumise chaque roue.The object of the invention is to show that by considering the equations of the physics of an axle and wheel-ground system, therefore by acquiring means for permanently measuring the braking force which develops in a brake, we obtains the image of the grip, and by that very fact that of the drag Re which is the basic parameter. All modern braking systems require knowledge of Re or its calculation. Indeed, knowing Re at each instant, and in particular its maximum value, makes it possible to control the optimal braking efficiency since it is the values of Re which determine the conditions of the slip to which each wheel will be subjected.
L'invention ne cherche pas à imposer une valeur de glissement, mais plutôt une force de freinage optimale qui équilibre la traînée optimale, ce qui déterminera l'efficacité de freinage optimal correspondant aux paramètres physiques auxquels sont soumis la ou les roues, de même que l'essieu. La présente invention consiste à mesurer la force de freinage développée dans le frein, en utilisant un capteur d'extensiométrie. Un tel capteur est illustré aux Figures 10a et 10b, et est conçu pour mesurer la déformation de la structure sur laquelle il est fixé. Il permet donc de mesurer les forces, les couples et accélérations appliquées à cette structure. L'élément sensible du capteur travaille uniquement en flexion. Les contraintes sont donc très faibles sur les points de fixation quel que soit le type de sollicitation de la structure. Le fonctionnement est basé sur une méthode d'extensomètre mécanique, avec l'électronique de conditionnement intégré. Il délivre, à titre indicatif, un signal électrique qui est issu d'un module électronique (voir Figure 11) compris entre 0.5 volts et 4.5 volts pour un déplacement des points d'ancrage variable de 0 à 40 μm conformément à la Figure 12. À titre d'exemple, les Figures 13a et 13b illustrent un tel capteur mis en place sur un frein. Un tel capteur monté sur un étrier de frein produit également un signal électrique en relation directe avec la force de freinage développé par le frein.The invention does not seek to impose a slip value, but rather an optimal braking force which balances the optimal drag, which will determine the optimal braking efficiency corresponding to the physical parameters to which the wheel or wheels are subjected, as well as the axle. The present invention consists in measuring the braking force developed in the brake, using an extensiometry sensor. Such a sensor is illustrated in Figures 10a and 10b, and is designed to measure the deformation of the structure on which it is fixed. It therefore makes it possible to measure the forces, torques and accelerations applied to this structure. The sensitive element of the sensor works only in bending. The stresses are therefore very low on the fixing points whatever the type of stress on the structure. Operation is based on a mechanical extensometer method, with integrated conditioning electronics. It delivers, for information only, an electrical signal which comes from an electronic module (see Figure 11) between 0.5 volts and 4.5 volts for a displacement of the anchor points variable from 0 to 40 μm in accordance with Figure 12. As an example, Figures 13a and 13b illustrate such a sensor placed on a brake. Such a sensor mounted on a brake caliper also produces an electrical signal directly related to the braking force developed by the brake.
Le capteur est utilisé quels que soient les systèmes d'activation des freins, c'est-à-dire, que ces systèmes soient hydrauliques, pneumatiques ou électromagnétiques. Les Figures 14a, 14b et 15 donnent un mode de réalisation d'un frein équipé d'un anneau magnétique et d'une armature. L'armature est en relation avec les plaques de friction du frein. Le champ magnétique produit par le passage du courant dans l'anneau magnétique se ferme dans l'armature et la force (en Newton) produite est donnée à la Figure 16 à titre indicatif pour un anneau alimenté par une tension de 12 volts.The sensor is used regardless of the brake activation systems, that is to say, whether these systems are hydraulic, pneumatic or electromagnetic. Figures 14a, 14b and 15 give an embodiment of a brake equipped with a magnetic ring and an armature. The armature is in relation to the friction plates of the brake. The magnetic field produced by the passage of current in the magnetic ring closes in the armature and the force (in Newton) produced is given in Figure 16 as an indication for a ring supplied by a voltage of 12 volts.
La connaissance des couples réels de freinage permet de mesurer les couples de traînée et de donner des signaux de commande à l'aide d'une électronique qui place la valeur du couple qui doit être appliqué dans les freins aux valeurs optimales qui correspondent à l'adhérence optimum. L'action de pilotage du système I B S est déterminée par le pilote qui impose une consigne de couple aux freins, c'est à dire qui impose un couple de freinage à tous les freins grâce à l'utilisation d'un capteur associé à l'action sur la pédale de commande des freins, le capteur étant dit de consigne de coupleKnowledge of the actual braking torques makes it possible to measure the drag torques and to give control signals using electronics which places the value of the torque which must be applied in the brakes at the optimum values which correspond to the optimum adhesion. The control action of the IBS system is determined by the pilot who imposes a torque setpoint on the brakes, that is to say which imposes a braking torque on all the brakes through the use of a sensor associated with the action on the brake control pedal, the sensor being called torque setpoint
La valeur du couple dans chaque frein est contrôlée par un capteur dont le signal est comparé à chaque instant à la valeur de consigne de couple.The value of the torque in each brake is controlled by a sensor, the signal of which is compared at all times to the torque setpoint.
Le calculateur qui mesure et réalise les pondérations en fonction des couples de traînée adapte les consignes de couple en fonction de l'optimum des adhérences admissibles pour chaque roue, ce qui permet d'appliquer dans les freins le couple adapté aux conditions optimales du freinage.The computer which measures and carries out the weights as a function of the drag torques adapts the torque setpoints as a function of the optimum of the admissible adhesions for each wheel, which makes it possible to apply the torque adapted to the optimal braking conditions in the brakes.
Le système est contrôlé de la même façon que le ferait un pilote qui adapterait son action sur la pédale en fonction des adhérences de manière à obtenir l'efficacité maximum du freinage et la distance d'arrêt la plus courte possible.The system is controlled in the same way as a pilot would, who would adapt his action on the pedal according to grips so as to obtain maximum braking efficiency and the shortest stopping distance possible.
Le système I B S calcule les adhérences avec précision et permet de placer la régulation des couples des freins au maximum des adhérences permises par les lois physiques qui régissent le freinage.The I B S system calculates the adhesions with precision and makes it possible to place the regulation of the torques of the brakes to the maximum of the adhesions allowed by the physical laws which govern braking.
Le système I B S modifie la demande du pilote (diminution automatique des consignes de couple) si les couples demandés sont inacceptables (trop élevés) pour les conditions d'adhérence auxquelles est soumis le véhicule. Il laisse toujours au pilote la possibilité de contrôler librement le freinage (augmentation des consignes de couple ) si les couples demandés sont acceptables pour les conditions d'adhérences auxquelles est soumis le véhicule. Le capteur fonctionne de la manière suivante. Lorsque la pression ou la force électromagnétique est appliquée dans le frein et que la roue tourne, la partie de métal sur lequel est fixé le capteur est soumise à des forces qui déterminent des allongements dans la structure du frein et du capteur. Un exemple d'installation du capteur sur une pédale de frein est illustré aux Figures 17a et 17b. Ces allongements sont de l'ordre de plusieurs dizaines de micron. Le capteur permet donc d'avoir une image de la traînée, mais surtout il permet de connaître la position exacte du maximum de la courbe d'adhérence lorsque la roue est freinée et qu'il est animé d'un mouvement de rotation (voir Figure 18). Sur cette figure, on remarque que lorsqu'il est mis dans le frein à une pression capable de maintenir un couple constant sur la roue et que celle-ci provoque une décroissance linéaire de la vitesse de la roue freinée à compter d'une vitesse initiale Vref d'une valeur donnée vers une vitesse nulle, le glissement de cette roue à la vitesse de référence correspond à une valeur de 0% de glissement, et sous l'effet de la force de freinage, la vitesse diminue et la roue atteint 100% de glissement.The IBS system modifies the driver's request (automatic reduction of the torque setpoints) if the requested couples are unacceptable (too high) for the grip conditions to which the vehicle is subjected. It always leaves it to the driver to freely control the braking (increase in torque settings) if the requested torques are acceptable for the grip conditions to which the vehicle is subjected. The sensor operates as follows. When the electromagnetic pressure or force is applied in the brake and the wheel turns, the part of metal on which the sensor is fixed is subjected to forces which determine elongations in the structure of the brake and the sensor. An example of installation of the sensor on a brake pedal is illustrated in Figures 17a and 17b. These elongations are of the order of several tens of microns. The sensor therefore makes it possible to have an image of the drag, but above all it makes it possible to know the exact position of the maximum of the grip curve when the wheel is braked and that it is driven by a rotational movement (see Figure 18). In this figure, we note that when it is put in the brake at a pressure capable of maintaining a constant torque on the wheel and that this causes a linear decrease in the speed of the braked wheel from an initial speed Vref from a given value to zero speed, the slip of this wheel at the reference speed corresponds to a value of 0% slip, and under the effect of the braking force, the speed decreases and the wheel reaches 100 % slip.
On constate alors que le signal produit par le capteur monté sur le frein décrit une courbe qui présente une augmentation de la valeur du signal pour des valeurs de glissement de la roue de 0% jusqu'à environ 18%, puis une décroissance de la valeur du signal assez importante pour des valeurs de glissement d'environ 18% vers environ 28%, et ensuite une décroissance modérée de la valeur du signal pour des valeurs de glissement d'environ 28 % jusqu'à environ 84%, puis importante d'environ 84% jusqu'à 100% .It can then be seen that the signal produced by the sensor mounted on the brake describes a curve which shows an increase in the value of the signal for wheel slip values from 0% to around 18%, then a decrease in the value of the signal large enough for slip values of about 18% to about 28%, and then a moderate decrease in the value of the signal for slip values of about 28% to about 84%, then large about 84% to 100%.
Le capteur délivre une image de la traînée, donc de Re. Il permet ainsi de situer le niveau de l'adhérence, de même que son maximum. En effet, le même enregistrement pour une charge P augmentée sur la roue et réalisée dans les mêmes conditions donne le même maximum à 18% avec un niveau du maximum plus important. Le temps mis par la roue pour parcourir les glissements de 0% vers 100% est de l'ordre de 0.5 à 0.6 secondes. La valeur de glissement n'est pas entretenue, donc l'énergie de glissement ne fait pas évoluer la position du maximum d'adhérence vers les glissements croissants dans ce cas.The sensor delivers an image of the drag, therefore of Re. It thus makes it possible to locate the level of grip, as well as its maximum. Indeed, the same recording for an increased load P on the wheel and carried out under the same conditions gives the same maximum at 18% with a higher maximum level. The time taken for the wheel to travel from 0% to 100% is in the range of 0.5 to 0.6 seconds. The slip value is not maintained, so the slip energy does not evolve the position of maximum grip towards increasing sliding in this case.
La connaissance du maximum de la courbe est un des éléments principaux exploités dans la mise en œuvre de l'invention. La courbe du maximum d'adhérence est parcourue lorsque la roue est soumise à un couple constant Cf et que la vitesse de la roue tend vers des glissements croissants. Il faut donc imposer à la roue une consigne de couple Ce. La Figure 19 donne l'organisation des boucles de contrôle, commande de l'invention qui est basée sur la concordance entre une consigne de couple Ce demandée par le pilote et le couple en résultant Cf dans le frein grâce à la mise en œuvre par des moyens explicités ci-après.Knowledge of the maximum of the curve is one of the main elements used in the implementation of the invention. The maximum grip curve is traversed when the wheel is subjected to a constant torque Cf and the speed of the wheel tends towards increasing slip. It is therefore necessary to impose a torque setpoint Ce on the wheel. Figure 19 gives the organization of the control loops, a command of the invention which is based on the agreement between a torque setpoint Ce requested by the pilot and the resulting torque Cf in the brake thanks to the implementation by means explained below.
Le capteur monté sur la pédale de frein, selon les Figures 17a et 17b, délivre un signal électrique dont le niveau est en relation directe ou indirecte avec l'effort mécanique qui s'oppose au déplacement de la pédale et qui détermine la fonction U1 = F( fp) (voir Figure 20) dans laquelle U1 est exprimé en unités volts et fp en unités mdeca Newton et qui peut traduire plusieurs forces pédale: fpa, fpb, fpc par exemple. L'opérateur 32 détermine une loi dite de consigne d'effort à la pédale qui est en relation avec les sensations que désire le conducteur en fonction du type de véhicule ou du véhicule lui-même.The sensor mounted on the brake pedal, according to Figures 17a and 17b, delivers an electrical signal the level of which is in direct or indirect relation to the mechanical force which opposes the movement of the pedal and which determines the function U1 = F (fp) (see Figure 20) in which U1 is expressed in volts and fp in mdeca Newton units and which can translate several pedal forces: fpa, fpb, fpc for example. The operator 32 determines a so-called pedal force instruction law which is related to the sensations desired by the driver as a function of the type of vehicle or of the vehicle itself.
La loi pédale reçoit donc la fonction F(fp) et modifie la fonction pour élaborer une loi de consigne dite de couple Ce = F (U1 ) (voir Figure 18) que le frein devra suivre. On comprend que l'opérateur 32 est capable de calculer des lois Ce (a, b, c.) en fonction de la consigne que l'on souhaite donner à différents freins. Pour que l'invention soit mieux comprise nous allons nous intéresser à une seule roue et une seule loi de consigne, par exemple la loiThe pedal law therefore receives the function F (fp) and modifies the function to develop a so-called torque setpoint law Ce = F (U1) (see Figure 18) which the brake must follow. It is understood that the operator 32 is capable of calculating laws Ce (a, b, c.) As a function of the set point that one wishes to give to different brakes. For the invention to be better understood, we will focus on a single wheel and a single setpoint law, for example the law
Cc (a) = F (U1 )Cc (a) = F (U1)
Toujours à la Figure 19, la loi de consigne de couple est dirigée vers trois opérateurs sommateurs montés en cascade 33, 34 et 35, et qui possèdent chacun la faculté de réaliser plusieurs fonctions. Le premier 33 compare la consigne Ce demandée avec le résultat issu d'un opérateur de calcul 37 qui est un contrôleur de la consigne de la pédale et que nous allons considérer à ce stade sans action sur la loi de la pédale. Le second 34 compare la consigne Ce demandée avec le résultat issu d'un opérateur de calcul 36 qui est un contrôleur du glissement dans lequel le système évolue, et qui délivre une fonction correctrice supérieure ou inférieure à la consigne de couple Cc(a). Dans le cas où l'opérateur 36 est désactivé, c'est-à-dire lorsque le système n'intègre pas la connaissance du glissement, alors l'opérateur 36 n'intervient pas et l'opérateur 34 est sans action. Dès lors, c'est l'opérateur 35 qui compare la consigne Ce demandée avec le résultat issu de l'opérateur de calcul 33. Le couple de traînée ou couple de freinage, est mesuré sur le frein Cf par le capteur de couple 43 dont la loi est une fonction de U2 = F(Cf) (voir Figure 22). U2 est exprimé en unités volts et Cf en unités mdeca Newton, et qui traduit le couple du frein Cf(a) par exemple. La fonction U2 = F(Cf) entre dans un opérateur de régulation de couple 38 qui assure les traitements nécessaires à la stabilité de la boucle de contrôle commande de couple, et qui sera explicité ci-après. Les résultats des traitements de 38 entrent dans 35 qui réalise la comparaison des informations pour en déduire un signal sur un actionneur proportionnel qui détermine la pression dans le frein 40 et par suite assure la fermeture de la boucle de contrôle commande.Still in Figure 19, the torque setpoint law is directed to three summing operators connected in cascade 33, 34 and 35, which each have the ability to perform several functions. The first 33 compares the setpoint Ce requested with the result from a calculation operator 37 which is a controller of the setpoint of the pedal and which we will consider at this stage without action on the law of the pedal. The second 34 compares the requested setpoint Ce with the result from a calculation operator 36 which is a slip controller in which the system operates, and which delivers a corrective function greater or less than the torque setpoint Cc (a). In the case where the operator 36 is deactivated, that is to say when the system does not integrate the knowledge of the slip, then the operator 36 does not intervene and the operator 34 is without action. Therefore, it is the operator 35 which compares the setpoint Ce requested with the result from the calculation operator 33. The drag torque or braking torque is measured on the brake Cf by the torque sensor 43 whose the law is a function of U2 = F (Cf) (see Figure 22). U2 is expressed in volts and Cf in mdeca Newton units, which translates the torque of the brake Cf (a) for example. The function U2 = F (Cf) enters a torque regulation operator 38 which provides the processing necessary for the stability of the torque control control loop, and which will be explained below. The results of the treatments of 38 go into 35 which performs the comparison of the information in order to deduce therefrom a signal on a proportional actuator which determines the pressure in the brake 40 and consequently ensures the closing of the control-command loop.
L 'équilibre est alors obtenu entre la consigne demandée et le couple dans le frein. Le fonctionnement de la boucle de contrôle commande est le suivant. Si la valeur du couple mesurée sur le frein Cf est croissante, ceci veut dire que la roue évolue dans la zone stable de la courbe d'adhérence. C'est le cas Cc-Cf = - E1. Si la valeur du couple de traînée est décroissante, et que la consigne est croissante ou constante, alors la roue évolue dans la zone instable de la courbe d'adhérence. C'est le cas Cc-Cf = + E1. Au maximum de la courbe d'adhérence, Ce -Cf = 0.Balance is then obtained between the requested setpoint and the torque in the brake. The operation of the control loop is as follows. If the value of the torque measured on the brake Cf is increasing, this means that the wheel is moving in the stable zone of the grip curve. This is the case Cc-Cf = - E1. If the value of the drag torque is decreasing, and the setpoint is increasing or constant, then the wheel moves in the unstable zone of the grip curve. This is the case Cc-Cf = + E1. At the maximum of the adhesion curve, Ce -Cf = 0.
En d'autres mots, il existe trois possibilités: 1) le couple de freinage Cf, qui peut être appliqué au frein et à la roue, est toujours plus grand que la consigne de couple Ce demandée par le pilote.In other words, there are three possibilities: 1) the braking torque Cf, which can be applied to the brake and to the wheel, is always greater than the torque setpoint Ce requested by the pilot.
2) le couple de freinage Cf, qui peut être appliqué au frein et à la roue, est toujours plus petit que la consigne de couple Ce demandée par le pilote. 3) le couple de freinage maximum Cf appliqué sur le frein et à la roue est le maximum applicable compte tenu de l'adhérence.2) the braking torque Cf, which can be applied to the brake and to the wheel, is always smaller than the torque setpoint Ce requested by the pilot. 3) the maximum braking torque Cf applied to the brake and to the wheel is the maximum applicable taking account of the grip.
On comprend alors qu'il suffit de comparer la consigne de couple demandé et le couple de traînée. Si les variations des deux informations sont de même signe, c'est que la roue évolue dans la zone stable de la courbe d'adhérence. Si les deux informations sont de signe contraire, alors la roue évolue dans la zone instable de la courbe d'adhérence. Entre les deux zones se trouve le maximum, c'est-à-dire la valeur à laquelle la consigne de couple doit se maintenir pour obtenir une efficacité de freinage optimale. Le dispositif doit donc en permanence augmenter la consigne de couple tant que les 2 informations sont de même signe, et diminuer en fonction du temps la consigne de couple lorsque les informations sont de signe contraire. À cela on ajoute une opération qui consiste à mesurer la dérivée du signal produit par le capteur dCf /dt, et le résultat de cette opération est utilisé pour vérifier la cohérence des ordres et pour confirmer le sens des ordres d'augmentation et de diminution de la consigne de couple. La vitesse de correction de la consigne de couple sera d'autant moins rapide que l'écart Ce - Cf = + E1 sera grand (zone instable) et d'autant plus rapide que Cc-Cf = - E1 sera grand (zone stable).We then understand that it suffices to compare the torque setpoint requested and the drag torque. If the variations of the two pieces of information are of the same sign, it is because the wheel is moving in the stable zone of the grip curve. If the two pieces of information are of opposite sign, then the wheel moves in the unstable zone of the grip curve. Between the two zones is the maximum, i.e. the value at which the torque setpoint must be maintained to obtain optimal braking efficiency. The device must therefore continuously increase the torque setpoint as long as the 2 pieces of information are of the same sign, and decrease as a function of time the torque setpoint when the information items are of the opposite sign. To this is added an operation which consists in measuring the derivative of the signal produced by the dCf / dt sensor, and the result of this operation is used to check the consistency of the orders and to confirm the direction of the orders of increase and decrease of the torque setpoint. The speed of correction of the torque setpoint will be all the slower as the difference Ce - Cf = + E1 will be large (unstable zone) and all the more rapid as Cc-Cf = - E1 will be large (stable zone) .
La base de temps ou le gain de l'augmentation ou de la diminution de la consigne de couple est donc variable en fonction du signe et de l'écart entre les valeurs de Ce et Cf. L'équation de Laplace pour la boucle de contrôle de couple est la suivanteThe time base or the gain of the increase or decrease of the torque setpoint is therefore variable depending on the sign and the difference between the values of Ce and Cf. The Laplace equation for the control loop of torque is as follows
Cc - Cf = ^k(El) . (1 + p3H1 + 4H1 + ) Cc - Cf = ^ k (El). (1 + p3H1 + 4H1 +)
(l - pl) - (l -p2) dans laquelle eτp est le retard pur qui existe entre le moment où la pression ou la force électromagnétique est mise dans le frein et le moment où le couple est réellement actif sur le frein. Ce retard est une caractéristique mécanique de la conception du frein. Il est généralement au mieux de 10 millisecondes pour les freins dits "full contact" dont la surface de friction est de 360°, et au plus de 50 à 100 millisecondes pour les freins à étriers.(l - pl) - (l -p2) in which e τp is the pure delay that exists between the moment when the electromagnetic pressure or force is put in the brake and the moment when the torque is actually active on the brake. This delay is a mechanical characteristic of the brake design. It is generally at best 10 milliseconds for so-called "full contact" brakes with a friction surface of 360 °, and at most 50 to 100 milliseconds for caliper brakes.
(1 - p1) le pôle du point de déphasage à 45° pour l'électro-vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 - p2) le pôle du point de déphasage à 90° pour l'électro-vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique(1 - p1) the pole of the 45 ° phase shift point for the proportional solenoid valve or of the electromagnetic actuator (1 - p2) the pole of the 90 ° phase shift point for the proportional solenoid valve or the electromagnetic actuator
(1 + p3) le pôle du point d'avance de phase à 45° correcteur de l'électro- vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 + p4) le pôle du point d'avance de phase à 90° correcteur de l'électro- vanne proportionnelle ou de l'actionneur électromagnétique (1 + p5) le pôle du point d'avance de phase à 45° correcteur du signal délivré par le capteur de couple du frein. k(E1) est le résultat de la comparaison de la consigne de couple et du couple de freinage.(1 + p3) the pole of the 45 ° phase advance point corrector of the proportional solenoid valve or of the electromagnetic actuator (1 + p4) the pole of the 90 ° phase advance point corrector the proportional solenoid valve or the electromagnetic actuator (1 + p5) the pole of the 45 ° phase advance point corrector of the signal delivered by the brake torque sensor. k (E1) is the result of the comparison of the torque setpoint and the braking torque.
Le pôle p5 est un pôle qui est en relation avec les équations mathématiques du pneu de la roue 41 et de la suspension 42 dont l'équation générale de référence par rapport à la Figure 23 est la suivanteThe pole p5 is a pole which is related to the mathematical equations of the tire of the wheel 41 and of the suspension 42 whose general equation of reference with respect to Figure 23 is as follows
D1 ^ Mg - (Kp + Ks) Kp - Ks dans laquelle D1 ^ Mg - (Kp + Ks) Kp - Ks in which
D1 : déplacement de la masse suspendue,D1: displacement of the suspended mass,
M: Masse suspendue, m: masse non suspendue,M: Suspended mass, m: unsprung mass,
Ks: Raideur suspension, Cs: amortissement suspension, Kp: Raideur pneumatique,Ks: Suspension stiffness, Cs: suspension damping, Kp: Pneumatic stiffness,
Cp: amortissement pneumatique,Cp: pneumatic damping,
Z2: débattement caisse,Z2: body travel,
Z1 : débattement roue,Z1: wheel travel,
Z0: débattement sol, et dans laquelle la fréquence propre possède deux modes propres qui sont le mode de la fréquence de caisse et le mode de battement de roue exprimé parZ0: ground clearance, and in which the natural frequency has two natural modes which are the body frequency mode and the wheel beat mode expressed by
fcaisse
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Le pôle p5 est lié à la fréquence propre de l'ensemble et son calage détermine la stabilité de la roue lorsque le contrôle du couple est réalisé. La boucle de contrôle du couple et le calage de ce pôle éliminent les réactions dynamiques et fréquentielles due à l'ensemble suspendu, et atténue les fréquences contenues dans le spectre des fréquences propres des masses suspendues sous l'effet d'un choc au contact roue-sol. Le sol est le générateur de la courbe d'adhérence dans le dispositif.The pole p5 is linked to the natural frequency of the assembly and its setting determines the stability of the wheel when the torque control is carried out. The torque control loop and the timing of this pole eliminate the dynamic and frequency reactions due to the suspended assembly, and attenuates the frequencies contained in the spectrum of the natural frequencies of the suspended masses under the effect of an impact on wheel contact -ground. The ground is the generator of the grip curve in the device.
Les Figures 24a et 24b explicitent plus précisément le fonctionnement de l'invention. Le pilote appuie à l'instant t1 jusqu'à l'instant t2 sur la pédale de frein et impose une consigne croissante de couple au frein jusqu'à la valeur P1. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe μ = F(g), le glissement évolue du point 0% jusqu'au point P1 % de glissement. Le couple de freinage suit et est cohérent avec la consigne demandée. Le dispositif évolue dans la zone stable de la courbe de glissement.Figures 24a and 24b explain more precisely the operation of the invention. The pilot presses at time t1 until time t2 on the brake pedal and imposes an increasing brake torque setpoint up to the value P1. During this time interval, on the curve μ = F (g), the slip changes from point 0% to point P1% of slip. The braking torque follows and is consistent with the requested setpoint. The device evolves in the stable zone of the sliding curve.
Dans le cas où le pilote stabilise son action sur la pédale de frein de l'instant t2 jusqu'à l'instant t3, la consigne de couple au frein est stable à la valeur P1. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe μ = F(g) de glissement, le point P1 de glissement est conservé. Le dispositif évolue dans la zone stable de la courbe de glissement. Il conserve la consigne P1 et le couple de freinage reste stable dans les instants de t2 à t3.If the pilot stabilizes his action on the brake pedal from time t2 to time t3, the brake torque setpoint is stable at the value P1. During this time interval, on the curve μ = F (g) of sliding, the sliding point P1 is preserved. The device evolves in the stable zone of the sliding curve. It retains the setpoint P1 and the braking torque remains stable at times from t2 to t3.
Le pilote appuie de manière plus importante sur la pédale de frein à l'instant t3 jusqu'à l'instant t4 et impose une consigne de couple croissante au frein jusqu'à la valeur P2. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe μ = F(g), le glissement évolue du point P1 jusqu'au point P2. Le couple de freinage suit et est cohérent avec la consigne demandée. Le dispositif évolue dans la zone du maximum de la courbe de glissement.The pilot applies more pressure on the brake pedal at time t3 until time t4 and imposes a setpoint of increasing torque on the brake up to the value P2. During this time interval, on the curve μ = F (g), the slip changes from point P1 to point P2. The braking torque follows and is consistent with the requested setpoint. The device evolves in the maximum zone of the sliding curve.
Le pilote appuie à l'instant t4 jusqu'à l'instant t5 sur la pédale de frein et impose une consigne de couple croissante au frein jusqu'à la valeur maximum Px. Pendant cet intervalle de temps, sur la courbe μ = F(g), le glissement évolue du point P2 jusqu'au point P4. Le couple de freinage, compte tenu de l'adhérence, n'est plus cohérent avec la consigne demandée. En effet, le dispositif évolue et passe de la zone stable à la zone instable de la courbe de glissement. Le couple de freinage ou couple de traînée, n'est alors plus cohérent avec la consigne et ne suit plus la consigne de la pédale. Alors l'opérateur 37 intervient pour diminuer la consigne de l'opérateur 33, qui délivre une loi de consigne pédale modifiée de manière à ce que la cohérence couple de consigne et couple de freinage soit retrouvée, et impose donc la diminution du couple jusqu'à obtenir un point qui se situe dans la zone du maximum de la courbe d'adhérence, soit point P3 dans l'exemple donné.The pilot presses at time t4 until time t5 on the brake pedal and imposes an increasing torque setpoint on the brake up to the maximum value Px. During this time interval, on the curve μ = F (g), the slip changes from point P2 to point P4. The braking torque, taking account of the grip, is no longer consistent with the requested setpoint. Indeed, the device evolves and passes from the stable zone to the unstable zone of the sliding curve. The braking torque or drag torque is then no longer consistent with the setpoint and no longer follows the setpoint of the pedal. Then the operator 37 intervenes to reduce the setpoint of the operator 33, which delivers a modified pedal setpoint law so that the consistency between the setpoint torque and the braking torque is found, and therefore requires the reduction of the torque up to to obtain a point which is situated in the zone of the maximum of the grip curve, that is point P3 in the example given.
Sans intervention de l'opérateur, le dispositif aurait atteint le point P5 et le couple de traînée non contrôlé aurait été beaucoup plus faible. Les Figures 24a et 24b montrent également le comportement de la roue avec la correction du couple de freinage et sans la correction. Toutefois, dans le dispositif, il faut prendre en considération la relation qui existe entre la vitesse de la roue et la zone de glissement dans laquelle évolue la roue. Il est nécessaire de savoir dans quel sens cette courbe est parcourue, de façon à ce que l'opérateur 37, c'est-à-dire le contrôleur de consigne pédale, donne les ordres adaptés au comportement attendu. Dans ce but, l'opérateur 37 réalise un autre calcul afin de détecter l'état du comportement de la roue au-delà du maximum d'adhérence. L'opérateur reçoit l'information de la vitesse de la roue et calcule alors la dérivée seconde dv2/dt2, ce qui permet de savoir si la roue, au-delà du maximum, perd de la vitesse dans le sens des glissements croissants, donc vers le blocage ou si la roue reprend de la vitesse dans le sens des glissements décroissants.Without operator intervention, the device would have reached point P5 and the uncontrolled drag torque would have been much lower. Figures 24a and 24b also show the behavior of the wheel with the correction of the braking torque and without the correction. However, in the device, it is necessary to take into consideration the relation which exists between the speed of the wheel and the sliding zone in which the wheel moves. It is necessary to know in which direction this curve is traversed, so that the operator 37, that is to say, the pedal setpoint controller, gives the orders adapted to the expected behavior. For this purpose, the operator 37 performs another calculation in order to detect the state of the behavior of the wheel beyond the maximum grip. The operator receives information about the speed of the wheel and then calculates the second derivative dv 2 / dt 2 , which makes it possible to know if the wheel, beyond the maximum, loses speed in the direction of increasing slippage , therefore towards blocking or if the wheel picks up speed in the direction of decreasing sliding.
L'opérateur 37 réalisera également un autre calcul basé sur l'équation g = V-v/V. Ce calcul est basé sur la dérivée du glissement dg/dt, dérivée qui permet de connaître, pour chaque vitesse, dans quelle zone évolue la roue par rapport au maximum de la courbe d'adhérence. Le paramètre g est délivré par l'opérateur de calcul de glissement 45 qui reçoit les informations de vitesse de toutes les roues qui équipent le véhicule et sont une partie des paramètres véhicules. Dans ce cas, un calcul de la vitesse longitudinale du véhicule qui est basé sur la connaissance des couples de freinage appliqués sur chaque roue et de la vitesse de chaque roue peut être effectué (voir Figure 27). Ce calcul prend en compte les équations physiques du dispositif et permet à partir des couples mesurés de calculer dans les opérateurs logiciels suivant, les forces de freinages 53, puis la décélération 54 et la vitesse linéaire du véhicule 55. Un certain nombre d'opérateurs logiciels complémentaires permettent une vérification des précisions grâce à l'utilisation de calculs basés sur les couples de freinage, les vitesses des roues, les distances et les énergies cinétiques. Ces opérateurs assurent une redondance de sécurité dans le cas de défaillance de la chaîne principale de calcul décrite ci dessus.The operator 37 will also perform another calculation based on the equation g = V-v / V. This calculation is based on the derivative of the slip dg / dt, derivative which makes it possible to know, for each speed, in which zone the wheel evolves compared to the maximum of the grip curve. The parameter g is delivered by the slip calculation operator 45 which receives the speed information from all the wheels which are fitted to the vehicle and are a part of the vehicle parameters. In this case, a calculation of the longitudinal speed of the vehicle which is based on the knowledge of the braking torques applied on each wheel and the speed of each wheel can be performed (see Figure 27). This calculation takes into account the physical equations of the device and allows, from the measured couples, to calculate in the following software operators, the braking forces 53, then the deceleration 54 and the linear speed of the vehicle 55. A number of software operators complementary allow verification of the accuracy thanks to the use of calculations based on braking torques, wheel speeds, distances and kinetic energies. These operators provide security redundancy in the event of failure of the main calculation chain described above.
Les opérateurs mis en œuvre sont: Un opérateur 64 qui exploite les vitesses des roues et réalise un calcul de la moyenne de ces vitesses maximales ou minimales et des combinaisons des valeurs maximales et minimales. Cet opérateur délivre la vitesse estimée du véhicule lorsque le pilote agit sur la pédale de frein. La vitesse exacte du véhicule est délivrée lorsque la pédale du frein n'est pas activée par le pilote.The operators implemented are: An operator 64 which exploits the speeds of the wheels and performs a calculation of the average of these maximum or minimum speeds and of combinations of the maximum and minimum values. This operator delivers the estimated speed of the vehicle when the driver acts on the brake pedal. The exact vehicle speed is delivered when the brake pedal is not activated by the driver.
Un opérateur 57 qui exploite les vitesses des roues dans le but de déterminer la distance parcourue.An operator 57 who exploits the speeds of the wheels in order to determine the distance traveled.
Un opérateur 59 qui exploite les impulsions délivrées par un capteur indiquant les impulsions émises par la boite de vitesse et ceci dans le but de déterminer la distance parcourue.An operator 59 which exploits the pulses delivered by a sensor indicating the pulses emitted by the gearbox and this in order to determine the distance traveled.
Un opérateur 58 de pondération de la distance dans le but de corriger les informations délivrées par les opérateurs distance parcourue 57 et 59.A distance weighting operator 58 in order to correct the information delivered by the distance traveled operators 57 and 59.
Un opérateur 61 qui exploite les couples de freinages des roues dans le but de déterminer le travail de freinage.An operator 61 which exploits the braking torques of the wheels in order to determine the braking work.
Un opérateur 63 qui exploite les informations de travail de freinage ainsi que les informations délivrées par un opérateur 62 qui calcule l'énergie cinétique initiale du véhicule. Cet opérateur 63 met en équation la conservation de l'énergie cinétique liée au véhicule et délivre la vitesse linéaire du véhicule à chaque instant en fonction des énergies cinétiques mises en œuvre.An operator 63 which uses the braking work information as well as the information delivered by an operator 62 which calculates the initial kinetic energy of the vehicle. This operator 63 equates the conservation of the kinetic energy linked to the vehicle and delivers the linear speed of the vehicle at each instant as a function of the kinetic energies used.
Un opérateur 65 assure les comparaisons et pondérations qui permettent d'obtenir la vitesse linéaire calculée du véhicule.An operator 65 ensures the comparisons and weights which make it possible to obtain the calculated linear speed of the vehicle.
La masse du véhicule est soit fournie par un capteur, affichée par le conducteur ou calculée. Dans le cas où la masse est calculée, le calcul de la masse du véhicule est réalisé de la manière suivante :Vehicle mass is either provided by a sensor, displayed by the driver or calculated. If the mass is calculated, the mass of the vehicle is calculated as follows:
Les opérateurs permettent de connaître la décélération et, dès le début du freinage, la vitesse initiale VO(1 ) du véhicule est connu, les opérateurs 56, 57, 58, 59 calculent la distance parcourue donc il est possible de réaliser l'équation la décélération (1 ) = VO*VO/ 2D .The operators allow to know the deceleration and, from the start of braking, the initial speed VO (1) of the vehicle is known, the operators 56, 57, 58, 59 calculate the distance traveled so it is possible to carry out the deceleration equation (1) = VO * VO / 2D.
Lorsque le pilote agit sur les freins l'opérateur 64 calcule la décélération (2) issue de la connaissance des couples et de la masse estimée du véhicule. Lorsque le pilote arrête l'action sur les freins il est établi une comparaison entre les deux décélérations, le facteur commun étant la masse (la valeur physique), il est alors possible de calculer la masse réelle du véhicule, on procède également à la mesure de la nouvelle vitesse VO (2) du véhicule et, connaissant les différences des vitesses VO (1 ) - VO (2), et le temps, il est calculé la décélération (3) réelle du véhicule dans un temps donné. La comparaison et la pondération des 3 décélérations permettent de connaître, entre 2 actions de freinage, la masse totale du véhicule et d'en déduire la masse par essieu si l'on a choisi un opérateur 54 de calcul de la décélération par essieu. Il est également possible d'en déduire la masse par roue si l'on a choisi un opérateur 54 de calcul de la décélération par roue. Ces calculs sont cohérents pour un véhicule qui évolue sur un sol plat. Dans le cas où le véhicule se déplace sur une pente positive ou négative, (côte ou descente) un opérateur de correction est introduit qui calcule alors l'équation M = Mo. g COS(angle de la pente sur laquelle évolue le véhicule), équation dans laquelle Mo est la masse du véhicule sur sol plat et M, la résultante de la masse du véhicule lorsque celui-ci est dans une pente positive ou négative.When the pilot acts on the brakes, the operator 64 calculates the deceleration (2) resulting from the knowledge of the torques and the estimated mass of the vehicle. When the driver stops the action on the brakes, a comparison is made between the two decelerations, the common factor being the mass (the physical value), it is then possible to calculate the real mass of the vehicle, we also measure of the new speed VO (2) of the vehicle and, knowing the differences between the speeds VO (1) - VO (2), and the time, the actual deceleration (3) of the vehicle is calculated in a given time. The comparison and the weighting of the 3 decelerations makes it possible to know, between 2 braking actions, the total mass of the vehicle and to deduce therefrom the mass per axle if an operator 54 for calculating the deceleration per axle has been chosen. It is also possible to deduce therefrom the mass per wheel if an operator 54 has been chosen for calculating the deceleration per wheel. These calculations are consistent for a vehicle moving on flat ground. In the case where the vehicle is traveling on a positive or negative slope, (hill or descent) a correction operator is introduced which then calculates the equation M = Mo. g COS (angle of the slope on which the vehicle is moving), equation in which Mo is the mass of the vehicle on flat ground and M, the result of the mass of the vehicle when it is on a positive or negative slope.
La Figure 28 donne une réalisation partielle simplifiée du calcul de la vitesse linéaire et dont la précision moyenne obtenue pour un véhicule qui évolue sur sol plat ou semi-plat est de l'ordre de 2 à 3%. Cette précision est suffisante, puisque la valeur réelle du glissement n'est pas importante, car ce sont les signes des évolutions au-delà du maximum qui intéressent le processus et le travail de l'opérateur 37. La Figure 29 est un exemple qui illustre la variation des différents éléments au cours d'un freinage. La vitesse initiale du véhicule est 150 km/h. Une première courbe illustre la vitesse du véhicule versus le temps (secondes). Une deuxième courbe illustre la vitesse d'une roue du véhicule. Une troisième courbe illustre le couple de freinage et ses valeurs optimales. Une quatrième courbe illustre la force exercée sur le frein. Une cinquième courbe illustre la force exercée par le conducteur sur la pédale. Finalement, la sixième courbe illustre la force corrigée par le système I B S. Comme on peut le voir sur ce graphique, quand le conducteur exerce une certaine pression sur la pédale, la vitesse du véhicule et de la roue diminue jusqu'à ce que la roue bloque. À ce moment, le véhicule continue de ralentir mais le couple de freinage et la force exercée sur le frein atteignent un sommet. Dans un véhicule sans le système I B S, le conducteur continue à exercer une force sur la pédale et véhicule continue de ralentir tout en étant potentiellement moins stable latéralement. Avec le système I B S, la pression exercée sur la pédale est corrigée pour empêcher le blocage de la roue, le couple de freinage optimale est atteint et le freinage se fait en douceur.FIG. 28 gives a simplified partial embodiment of the calculation of the linear speed and the average precision obtained for a vehicle which operates on flat or semi-flat ground is of the order of 2 to 3%. This precision is sufficient, since the real value of the slip is not important, because it is the signs of changes beyond the maximum that interest the process and the work of the operator 37. Figure 29 is an example which illustrates the variation of the different elements during braking. The vehicle's initial speed is 150 km / h. A first curve illustrates the speed of the vehicle versus time (seconds). A second curve illustrates the speed of a vehicle wheel. A third curve illustrates the braking torque and its optimal values. A fourth curve illustrates the force exerted on the brake. A fifth curve illustrates the force exerted by the driver on the pedal. Finally, the sixth curve illustrates the force corrected by the IB S system. As can be seen in this graph, when the driver exerts a certain pressure on the pedal, the speed of the vehicle and the wheel decreases until the wheel locks. At this point, the vehicle continues to slow down, but the braking torque and the force exerted on the brake peak. In a vehicle without the IBS system, the driver continues to exert a force on the pedal and the vehicle continues to slow down while potentially being less stable laterally. With the IBS system, the pressure exerted on the pedal is corrected to prevent the wheel from locking up, the optimal braking torque is reached and braking takes place gently.
Une autre fonction de sécurité basée sur le calcul de la décélération de la vitesse de la roue permet de changer immédiatement la consigne de couple mise à la valeur zéro et d'imposer une pression ou une force électromagnétique nulle dans le frein, c'est à dire un défreinage total et de réappliquer la pression ou une force électromagnétique lorsque la valeur de la ré-accélération de la roue le permet. Les valeurs du niveau d'intervention de cette sécurité de l'accélération ou de la décélération est variable en fonction du glissement ou de la vitesse du véhicule.Another safety function based on the calculation of the deceleration of the speed of the wheel makes it possible to immediately change the torque setpoint set to zero and to impose a zero electromagnetic pressure or force in the brake. say a total brake release and reapply the pressure or an electromagnetic force when the value of the re-acceleration of the wheel allows it. The values of the intervention level of this acceleration or deceleration safety is variable depending on the slip or the speed of the vehicle.
L'invention peut avantageusement disposer d'un niveau supplémentaire de contrôle qui est le contrôle en glissement de la roue. Ce contrôle permet de maintenir la roue à un glissement imposé ou variable. Il est alors nécessaire de calculer la vitesse du véhicule avec une précision acceptable. Le fonctionnement d'un tel contrôle est compris dans le schéma de la Figure 19, qui comprend un module optionnel. Ce dernier traite et détermine le contrôle du glissement que le dispositif veut imposer à la roue. Ce module reçoit des mesures et des paramètres liés au véhicule, et dont les éléments seront explicités ci-après. Il comprend un opérateur de calcul de la vitesse du véhicule 45, un opérateur de calcul du glissement 46, un comparateur 48 qui détermine le signe des commandes qui résulte de la comparaison du glissement que l'on souhaite imposer et délivrer par l'opérateur 49 et celui du glissement réel auquel se trouve maintenu la roue. Les signaux issus du comparateur 47 sont exploités par un opérateur de régulation de glissement 49 dont l'action sera de délivrer à l'opérateur 34 des ordres de croissance ou de décroissance de la consigne de couple pour maintenir la roue au glissement demandé.The invention can advantageously have an additional level of control which is the slip control of the wheel. This control keeps the wheel at an imposed or variable slip. It is then necessary to calculate the vehicle speed with acceptable accuracy. The operation of such a control is included in the diagram of Figure 19, which includes an optional module. The latter processes and determines the slip control that the device wants to impose on the wheel. This module receives measurements and parameters related to the vehicle, the elements of which will be explained below. It includes an operator for calculating the speed of the vehicle 45, an operator for calculating the slip 46, a comparator 48 which determines the sign of the commands which results from the comparison of the slip which it is desired to impose and deliver by the operator 49 and that of the actual slip at which the wheel is maintained. The signals from the comparator 47 are used by a slip regulation operator 49 whose action will be to issue to the operator 34 orders for increasing or decreasing the torque setpoint to maintain the wheel at the requested slip.
L'équation pour la boucle de contrôle de glissement est la suivanteThe equation for the slip control loop is as follows
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
où, à titre indicatif, W! = 0.15 rads w5 = 120 rads w2 = 4.15 rads w6 = 600 rads w3 = 43 rads w7 = 1700 rads w4 = 60 rads w8 = 1800 radswhere, for information, W ! = 0.15 rads w 5 = 120 rads w 2 = 4.15 rads w 6 = 600 rads w 3 = 43 rads w 7 = 1700 rads w 4 = 60 rads w 8 = 1800 rads
ce que représente les graphes des Figures 25a et 25b.what the graphs in Figures 25a and 25b represent.
Cette équation tient compte des éléments de calcul qui sont liés aux principales composantes mécaniques, hydrauliques, électriques, électroniques et les capteurs, qui constituent la boucle de contrôle commande en glissement. L'invention montre qu'il est possible de contrôler l'efficacité du freinage sur chaque roue, et par la suite d'imposer à chaque roue un couple de traînée prédéterminé ou pré-calculé. La composition du dispositif électronique (voir Figure 26) est constituée d'un boîtier électronique de commande qui reçoit l'information en provenance de différents capteurs et qui commande les actionneurs.This equation takes into account the calculation elements which are linked to the main mechanical, hydraulic, electrical, electronic components and the sensors, which constitute the slip command control loop. The invention shows that it is possible to control the braking efficiency on each wheel, and subsequently to impose on each wheel a predetermined or pre-calculated drag torque. The composition of the electronic device (see Figure 26) consists of an electronic control unit which receives information from different sensors and which controls the actuators.
Étant donné que la force appliquée sur les freins variera en fonction de la charge du véhicule, une alternative permettant d'améliorer encore plus l'efficacité du freinage est de munir le véhicule d'un capteur sur la suspension afin que la charge du véhicule soit prise en considération lors des calculs d'optimisation de freinage. Par exemple, pour un véhicule comprenant une suspension hydraulique à l'avant et une suspension pneumatique à l'arrière, une jauge placée sur la suspension arrière de chaque roue et reliée au dispositif de l'invention pourrait très bien s'acquitter de cette tâche.Since the force applied to the brakes will vary depending on the vehicle load, an alternative to further improve braking efficiency is to provide the vehicle with a sensor on the suspension so that the vehicle load is taken into account during braking optimization calculations. For example, for a vehicle comprising a hydraulic suspension at the front and an air suspension at the rear, a gauge placed on the rear suspension of each wheel and connected to the device of the invention could very well fulfill this task. .
Le boîtier du circuit électronique est préférablement constitué d'un micro contrôleur 16 bits dont la fréquence de l'horloge de base est de 20 MHz, d'une mémoire flash de 256 ko, d'un convertisseur CAN de 16 entrées codées sur 10 bits, et de 4 sorties MLI.The electronic circuit box is preferably made up of a 16-bit microcontroller with a base clock frequency of 20 MHz, a 256 kB flash memory, a CAN converter with 16 10-bit coded inputs , and 4 PWM outputs.
Les paramètres d'entrée sont:The input parameters are:
1 consigne pédale de frein; 4 entrées capteurs tachymétriques de vitesse roue;1 brake pedal setpoint; 4 tachometric wheel speed sensor inputs;
4 entrées capteurs couple de frein;4 brake torque sensor inputs;
4 entrées de signaux de contact tout ou rien;4 on / off contact signal inputs;
4 sorties de commande des électrovannes proportionnelles ou des actionneurs électromagnétiques; et 1 sortie pour un relais. Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en œuvre spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent se greffer aux dites mises en œuvre, et la présente demande vise à couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant, en général, les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente description qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-dessus, en accord avec la portée des revendications suivantes. 4 outputs for controlling proportional solenoid valves or electromagnetic actuators; and 1 output for a relay. Although the present invention has been described using specific implementations, it is understood that several variations and modifications can be grafted onto said implementations, and the present application aims to cover such modifications, uses or adaptations of the present invention following, in general, the principles of the invention and including any variation of the present description which will become known or conventional in the field of activity in which the present invention is found, and which can be applied to the essential elements mentioned above, in accordance with the scope of the following claims.

Claims

Les réalisations au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué sont définies comme suit: The realizations for which an exclusive right of property or privilege is claimed are defined as follows:
1. Dispositif de contrôle du freinage dans lequel le contrôle de l'efficacité maximum de freinage est obtenu par la mesure et le contrôle du couple de traînée mesuré à l'aide d'un capteur de mesure de ce couple.1. Braking control device in which the control of the maximum braking efficiency is obtained by measuring and controlling the drag torque measured using a sensor measuring this torque.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le couple de traînée est commandé par la pédale de frein du pilote.2. Device according to claim 1 wherein the drag torque is controlled by the pilot's brake pedal.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la pédale impose une consigne pour le couple de traînée, et ledit couple est contrôlé par une boucle de contrôle commande recevant l'information de consigne et de mesure.3. Device according to claim 2 in which the pedal imposes a setpoint for the drag torque, and said torque is controlled by a command control loop receiving the setpoint and measurement information.
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la boucle comprend un correcteur capable de maîtriser et de stabiliser les évolutions fréquentielles auxquelles est soumise la roue.4. Device according to claim 3 wherein the loop comprises a corrector capable of controlling and stabilizing the frequency changes to which the wheel is subjected.
5. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la consigne et le couple sont maintenus égaux à la valeur demandée tant que le couple de traînée est égal au couple de consigne, et adapté en diminution lorsque le couple de consigne est supérieur au couple de traînée.5. Device according to claim 3 wherein the setpoint and the torque are maintained equal to the requested value as long as the drag torque is equal to the setpoint torque, and adapted as a reduction when the setpoint torque is greater than the drag torque.
6. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le calcul de la dérivée seconde de la vitesse de la roue et/ou de la dérivée première du glissement permet d'obtenir le sens de l'évolution de l'augmentation ou de la diminution de la consigne de couple.6. Device according to claim 1 in which the calculation of the second derivative of the speed of the wheel and / or of the first derivative of the slip makes it possible to obtain the direction of the evolution of the increase or the decrease of the torque setpoint.
7. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un module de glissement déterminant le sens de l'évolution d'une augmentation ou d'une diminution de la consigne de couple. 7. Device according to claim 1 further comprising a sliding module determining the direction of the evolution of an increase or decrease in the torque setpoint.
8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel le module de glissement impose une consigne de valeur du glissement, et dans lequel le module est contrôlé par une boucle de contrôle commande recevant l'information de consigne et de mesure de la vitesse.8. Device according to claim 7, in which the slip module imposes a slip value setpoint, and in which the module is controlled by a command control loop receiving the setpoint and speed measurement information.
9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel la boucle est dotée d'un correcteur capable de maîtriser et de stabiliser le glissement de la roue, la boucle étant en outre superposée à la boucle de consigne de couple.9. Device according to claim 8 wherein the loop is provided with a corrector capable of controlling and stabilizing the sliding of the wheel, the loop being also superimposed on the torque reference loop.
10. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le moyen d'activation du frein est au moins un des moyens d'activation hydrauliques, pneumatiques et électromagnétiques.10. Device according to claim 1, wherein the brake activation means is at least one of the hydraulic, pneumatic and electromagnetic activation means.
11. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le capteur est situé sur la pédale de frein du pilote.11. Device according to claim 1, in which the sensor is located on the pilot's brake pedal.
12. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le capteur est situé sur le frein.12. Device according to claim 1, in which the sensor is located on the brake.
13. Dispositif selon la revendication 1 , comprenant en outre un module de vérification du calcul de vitesse longitudinale à partir d'une vitesse de roue, d'un couple de freinage, d'une distance parcourue et d'une masse du véhicule. 13. Device according to claim 1, further comprising a module for verifying the calculation of longitudinal speed from a wheel speed, a braking torque, a distance traveled and a mass of the vehicle.
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