WO2003014693A1 - Methode de determination de composantes d'efforts subis par un pneumatique et du couple d'auto-alignement - Google Patents

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WO2003014693A1
WO2003014693A1 PCT/EP2002/008619 EP0208619W WO03014693A1 WO 2003014693 A1 WO2003014693 A1 WO 2003014693A1 EP 0208619 W EP0208619 W EP 0208619W WO 03014693 A1 WO03014693 A1 WO 03014693A1
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azimuth
tire
measurement
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David Bertrand
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/02—Tyres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE 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
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B60T8/1725—Using tyre sensors, e.g. Sidewall Torsion sensors [SWT]

Definitions

  • the present invention relates to vehicles and the measurement of the forces exerted by the roadway on vehicle tires.
  • the present invention also relates to the various electronic assistance devices used for example for the anti-lock regulation of the brakes of a vehicle or the anti-skid regulation of the drive wheels, the trajectory control of a vehicle or even for other forms. control or monitoring such as tire pressure.
  • ABS slip limitation systems
  • the invention starts from the observation that all the forces exerted by the road surface on the vehicle are transmitted via the wheels. It is the balance of these forces which conditions the accelerations undergone by the vehicle. So the determination of all of these forces could make it possible to dispense with the various sensors mentioned above or to supplement them to provide more complete information.
  • the method of the invention is based on the observation that the forces acting between the tread of the tire and the road cause a substantial and reproducible deformation in the form of a circumferential extension or contraction of the sidewalls of the tires.
  • This circumferential extension or contraction deformation if it is possible to measure it in isolation during the rotation of the tire in real time, can make it possible to know at all times the direction and intensity of the forces acting on the tire as well as the sign and the intensity of the self-alignment torque exerted by the tire.
  • the inflation pressure is one of the parameters of the method proposed here.
  • This pressure can be known by a specific measurement means independent of the measurements made in the context of this invention, an example of such a means being a pressure sensor.
  • This pressure can also result from a specific treatment for the measurement of circumferential deformations.
  • Camber is one of the parameters of the method proposed here.
  • the camber can be known by a specific measurement means independent of the measurements made in the context of this invention, an example of such a means being a camber angle sensor. This camber can also result from a specific treatment for the measurement of circumferential deformations.
  • the invention proposes a method for determining at least one of the characteristics chosen from the three components of a result of forces exerted by the roadway on the contact area of a tire and the self-alignment torque generated. by tire and camber and pressure, characterized in that said characteristic is determined by processing at least two circumferential extension or contraction measurements in at least one sidewall of the tire at two fixed points in space, located at different azimuths along the circumference.
  • the invention proposes to estimate the contraction or the circumferential extension of the flanks by measuring the distance between the wires of the carcass ply in the flanks.
  • the circumferential extension includes a component due to the bending of the flank, in particular during of the passage in the contact area (Phenomenon also called "rabbit belly").
  • This component due to bending is in no case a problem and can be used to increase the dynamics of variation of the signals used by the invention by carrying out the extension measurement elsewhere than on the neutral fiber in bending.
  • Figure 1 is a perspective of a tire on which we define conventions useful to the intelligence of the invention; • Figures 2a and 2b show the effect of the vertical component Fz:
  • FIGS. 3a and 3b show the effect of the component Fx: - where the solid curve corresponds to a vertical load of 400 daN and an absence of force Fx, - where the dotted curve corresponds to a vertical load of 400 daN and an Fx force of 400 daN (Motor),
  • FIG. 5 shows the deformation of the tire when a camber angle is applied
  • FIG. 7 shows the neural network architecture
  • Figure 8 shows examples of transfer functions
  • FIGS. 9a and 9b show two examples of architecture allowing the inflation pressure of the tire to be taken into account if it varies
  • Figure 10 shows the raw and filtered time signal
  • Figure 11 shows the identification of the passage in the contact area from the time signal
  • FIG. 12 shows an example of operation with a sensor and a model
  • FIG. 13 shows an example of operation with three sensors and a model
  • Figure 14 shows an example of operation with three sensors and two models.
  • each force applied to the tire in the contact area causes a modification of the circumferential extension of the sidewalls of the tire.
  • the vertical component presses the tire on the ground. By creating a contact area, it causes a variation in the distance between the two points Ai and A 2 when the assembled assembly is in rotation, reflecting a modification of the circumferential extension of the sides.
  • Figures 2a and 2b show the distance between points A and points B, respectively, depending on the azimuth at which they are located.
  • the increase in the vertical component applied leads to an extension of the two flanks in the contact area (increase in the distance around 180 °) and a contraction of the other areas of the flank, mainly at the entry and exit of the contact area. (decrease in distance everywhere else, mainly around 135 ° and 225 °).
  • FIGs 3a and 3b illustrate the effects of the component Fx of the applied forces, indicating the distance which separates points A and points B respectively, depending on the azimuth at which they are find.
  • a positive Fx force is applied (motor torque)
  • the two sides are compressed in the circumferential direction at the entry to the contact area and in extension at the exit from the contact area (Decrease in distance to 135 ° and increase to 225 °).
  • a negative Fx force is applied (braking torque)
  • the two sides are compressed in the circumferential direction at the exit of the contact area and in extension at the entry (Decrease in the distance to 225 ° and increase to 135 °).
  • the self-alignment torque N (moment around the vertical axis) is not strictly speaking another force acting between the tread of the tire and the road. It is rather a consequence of the way in which the components Fx, Fy and Fz are applied in the contact area. If the point of application of the resultant having as components Fx, Fy and Fz is not the center of the contact area, this resultant generates a moment around Oz which we call self-aligning couple. The presence of this moment mainly results in a rotation of the contact area around Oz. This effect results for example in a circumferential extension at the entry of the contact area and a circumferential contraction at the exit from the contact area on one side while on the other side there is a circumferential contraction at the entry of the contact area. and a circumferential extension at the outlet of the contact area with respect to a situation with zero self-alignment torque.
  • FIGS. 6a and 6b show the evolution of the circumferential deformation in the two flanks. On the overloaded sidewall (Points A), the evolution is similar to that of an increase in the load. On the other flank (Points B), there is an evolution compatible with a decrease of. the load carried.
  • the apparent rigidity of a tire comes from both its pneumatic functioning (its inflation pressure) and its structural rigidity (rigidity of its architecture).
  • the measured circumferential deformation signals also contain a pneumatic component and a structural component.
  • the deformation signals of a tire inflated to 2 bars and loaded to 400 daN along Z are not identical to those delivered by the same tire to 2.5 bars and loaded to 500 daN. This difference corresponds to the structural contribution and can make it possible to estimate the inflation pressure of the tire.
  • the links which connect the applied forces and the deformation signals are quantitatively modified, but without their nature being changed.
  • the extension rates in the sidewalls are influenced by the pressure and by the load; they are composed of a contribution due to the "pneumatic" operation (ie dependent on the inflation pressure) and another contribution due to the structural operation (ie of the constituent materials of the tire and their arrangement) , which does not change when you change the pressure, where you can go back to the pressure.
  • the method can be explained first in the case of an inflation pressure assumed to be constant for the sake of simplicity.
  • the camber is constant and zero to make the explanation clearer and only mention the most interesting cases with regard to this parameter.
  • One of the advantages of the proposed method is to allow a separation of the contributions of each component of the applied stress, so as to allow an estimation of each of these components.
  • the approach used is based in part on remarkable parity characteristics which correspond to the natural symmetries of the tire to achieve this separation.
  • azimuth ⁇ the angle at which we analyze the circumferential extension of the flanks.
  • the origin of the azimuth is taken away from the center of the contact area.
  • the center of the contact area therefore has the azimuth 180 °.
  • the extension signal as a function of the azimuth s ( ⁇ ) can then be broken down into two signals s p ( ⁇ ) and s t ( ⁇ ) such as:
  • s is called odd part and s p even part of s.
  • s ⁇ ( ⁇ ) and s 2 ( ⁇ ) be the signals associated with the measurement of the circumferential extension on each sidewall of the tire.
  • s p is called the even part on the side and s 1 the odd part on the side.
  • the forces Fx, Fy, Fz and the self-alignment torque N are due to their orientations linked to certain symmetries.
  • this principle can be used to decouple the effects of the stress components on the tire.
  • the symmetries which apply make it possible moreover to affirm that the signal s, 1 is mainly related to the self-alignment torque N.
  • the method explained here proposes to carry out measurements of the circumferential extension on at least one sidewall of the tire. These measurements make it possible, thanks to mathematical operations (linear or non-linear combinations between the measurements carried out at the different azimuths) to estimate the values of the signals s, p s p 's p p and s, 1 in certain azimuths and thereby to provide an assessment of the components of the applied force.
  • mathematical operations linear or non-linear combinations between the measurements carried out at the different azimuths
  • we present here some examples of use of the method which are not exhaustive and in no way limit the configurations that can be used to those listed here.
  • V 2 -V 1 is used to estimate the imbalance between the contact area input and the output. This value will be mainly linked to the component Fx.
  • An estimate of Fx is given by f x (r 2 V 2 -r ⁇ V ⁇ ) where ri and r 2 are positive real coefficients and f x a continuous monotonic function.
  • V c - (V ⁇ + V 2 ) makes it possible to estimate the difference between the passage in the contact area and the outside of the contact area. The result here is mainly related to Fz.
  • An estimate of Fz is given by f z (s c V c - (s ⁇ V ⁇ + s 2 V 2 )) where if, s 2 and s c are positive real coefficients and f z a continuous monotonic function.
  • V c + V ⁇ + V 2 gives an indication of the overall extension of the flank. This value will mainly be linked to the component Fy of the applied force.
  • An estimate of Fy is given by f y (u c V e + u ⁇ V ⁇ + U 2 V 2 ) where ui, u 2 and u c are positive real coefficients and f y is a continuous monotonic function.
  • V ⁇ 1 -V ⁇ 2 + (V 2 1 -V 2 2 ) gives the even component in azimuth and odd in flank. This combination is therefore directly linked to Fy.
  • An estimate of Fy is given by f y (e ⁇ V ⁇ '+ e 2 V 2 1 -f ⁇ V ⁇ 2 -f 2 V 2 2 ) where ei, e 2 , fi and f 2 are positive reals and f y is a continuous monotonic function.
  • V ⁇ '-V ⁇ 2 - (V2 1 -V 2 2 ) gives the odd component in azimuth and odd in the side. This combination is therefore directly linked to N.
  • N An estimate of N is given by fn (g ⁇ V ⁇ 1 -g 2 V 2 1 -h ⁇ V ⁇ 2 + h 2 V2 2 ) where gi, g 2 , hi and h 2 are positive reals and f n a continuous monotonic function.
  • V c 'and V c 2 be the values measured at these azimuths.
  • V c 'and V c 2 allow a certain redundancy of the information but above all a better estimate of the component Fz.
  • Example 2 the fact of having five circumferential deformation measurements in five different azimuths on each flank makes it possible to distinguish the contributions of the component Fy and of the camber angle. This configuration therefore makes it possible to simultaneously assess the camber angle and the force components under running conditions with variable camber.
  • the measurements on the two flanks provide a certain robustness. Indeed, because of the “load transfer” from one side to the other when the camber angle is not zero, a model using a measurement on the two sides and providing the sum of the estimates given by each side is by construction valid regardless of the camber angle.
  • the linear combinations taken as an example above are very rudimentary and only allow the main effects to be taken into account.
  • the method described uses more advanced transfer functions to link the measurements to the estimates of the forces. Any interpolation function allowing a link to be established between the measured quantities and the values of the components of the applied stress can be used in this context. We can thus determine the coefficients of the interpolation function from a learning base (see below).
  • the neural networks seem well adapted to establish a transfer function between the measurements carried out and the components of the forces Fx, Fy, Fz and N.
  • the camber angle can also be part of the quantities to be estimated and appear at the output of the transfer function.
  • one can retain as an interpolation function allowing to establish a link between the measured quantities and the values of the components of the applied stress the use of networks to a layer of hidden neurons and a layer of output neurons. These hidden neurons use a sigmoid transfer function.
  • the output neurons use a linear transfer function ( Figure 7).
  • Figure 7 The parsimony property of this type of network used as an approximator is very interesting here. It is possible to use a network by component to be estimated or a network allowing, thanks to several outputs, to estimate all the components.
  • the first step consists after having determined the azimuths of measurement to collect the values of the circumferential extension of the sidewall (s) during various stresses on the tire chosen so as to cover the whole area in which the evaluation of the chosen characteristic (s) will be allowed in normal use.
  • the stresses chosen must also implement all the couplings likely to be encountered during normal use.
  • the set of measured values and the associated chosen characteristic (s) constitutes the learning base.
  • the second step consists in learning the network weights (more generally, determining the coefficients of an interpolation function) on the basis thus constituted. At the end of this phase, the transfer functions are available.
  • a third step consists in testing the transfer functions by comparing the estimates of the chosen characteristic (s) with the values indicated by another means of measurement.
  • a first way of proceeding consists in correcting the forces estimated at the output of the transfer function as a function of the pressure. It is thus possible to carry out a first order correction. Indeed, either a stress applied to the tire in the case of a transfer function which does not take the pressure into account. If the pressure is twice the reference pressure (at which the transfer function has been established), the transfer function will see approximately half the deformation measured at the input than for the reference pressure. It will therefore evaluate efforts that are half as weak than the efforts actually applied. The estimated efforts should be doubled.
  • the first consists in using a pressure measurement given by a pressure sensor different from the specific sensors of the invention.
  • the measured pressure value is then supplied to the system, in addition to the azimuth deformation values to the transfer function (s).
  • Figure 9a shows schematically the associated architecture.
  • the second approach consists in estimating the inflation pressure from measurements of the circumferential flanks.
  • the deformation signals have a structural component and a pneumatic component which allows, by their analysis, to capture information on the inflation pressure.
  • FIG. 9b schematizes the architecture which results from this approach.
  • the method then provides, without an additional sensor, an estimate of the inflation pressure.
  • the number of measurement points can be greater than the minimum configurations presented in the examples and allow a more precise or more reliable result due to the redundancy of the information available.
  • An alternative to increase the precision or the robustness of the method consists in using a multidimensional measurement in place of a mono-dimensional measurement or in supplementing the measurement of extension in the circumferential direction by another measurement.
  • a circumferential deformation in an area of the sidewall close to the tread and another measure of circumferential deformation in an area of the sidewall close to the bead.
  • the inputs of the transfer function are made up of a mixture of measurements of one or the other or of the different types of deformations at different azimuths. Apart from this difference, we then use exactly the same approach for determining the transfer function.
  • the measurement of the circumferential extension of the sidewall (s) of the tire can be done in any way, by an external device or a device internal to the tire.
  • an external device or a device internal to the tire.
  • the use of one or more sensors placed in the tire and therefore driven in rotation by the tire is described.
  • This or these sensors integrated into the tire and locally measuring the circumferential extension of the sidewall (s) can use any physical measurement principle. It may for example be dielectric sensors measuring a variation in capacitance linked to the distance which separates two electrodes.
  • the electrodes may consist of a conductive wire placed radially in the sidewall. This arrangement allows a measurement of the "wire gap" by measuring the capacitance between the electrodes.
  • the sensor can be powered either by the vehicle by remote power supply by a battery on the wheel or in the tire or by any other means.
  • the sensor itself can provide information continuously or with a sufficiently rapid refresh rate relative to the period of rotation of the wheel.
  • This approach using a sensor integrated into the tire has the advantage of allowing knowledge of the circumferential extension of the sidewall (s) to all azimuths of the tire since a sensor, driven by the tire, explores all the azimuths during a wheel rotation.
  • the method of reconstruction of the components of the forces being based on the measurement of the circumferential extension at certain azimuths, the problem arises of the localization of the sensor to extract the values at the right azimuths.
  • the sensor is interrogated at a constant and known frequency. It therefore delivers a time signal of the variation of the local circumferential extension.
  • a measured signal is presented in FIG. 10.
  • On this temporal signal it is easy to recognize the signature of a revolution of the wheel that we observed previously (FIGS. 1a, 1b, 2a, 2b 3a and 3b).
  • this signal is noisy.
  • the first operation consists in reducing this noise by applying a low-pass filter, the cut-off frequency of which can be linked to the speed of rotation of the wheel.
  • This measurement of the angular position of the wheel can, for example, be obtained by counting the transitions of an ABS sensor of the speed of rotation of the wheel.
  • the invention proposes to use the signal from the sensor or any other sensors integrated into the tire to estimate the angular position of the wheel.
  • Each passage of the sensor in the contact area has as signature a very strong circumferential extension of the sidewalls of the tire.
  • the simplest method to carry out this operation consists in carrying out a thresholding of the filtered signal and in seeking the maxima among the values higher than this threshold ("algorithm 1" - figure 11).
  • This approach makes it possible not to detect the maxima which do not correspond to the passage through the contact area.
  • the shape of the signal changes significantly as a function of the forces applied. In real conditions, thresholding can be complicated, because the threshold level must be constantly adapted. In addition, under certain conditions, it happens that the fact of applying a threshold causes the detection of several extrema per revolution of the wheel. This situation is encountered when a significant Fy force is applied.
  • algorithm 1 Use by default the previously explained algorithm called "algorithm 1".
  • a periodicity use the date of the last passage in the contact area and an evaluation of the speed according to the last passages to predict the date of the future passage in the contact area t n .
  • the estimation of the speed of rotation can be used at the input of the transfer function to improve the precision of the estimation of the components of forces over a large range of speeds.
  • Several possibilities are then available for implementing the measure. Indeed, the determination of the components of the forces requires measurements at several azimuths.
  • a first approach consists in using only one sensor on each side for which one wishes to have measurements. At each passage to a required position, the value given by the sensor is taken into account to refresh the measurement at the azimuth considered.
  • a single sensor thus makes it possible to obtain the measurements at all the azimuths necessary for the reconstruction of the forces.
  • Figure 12 shows this type of operation with a model (transfer function) which requires measurements at three azimuths (0 °, 120 ° and 240 °).
  • a second approach consists in placing several sensors on the circumference so that at least once per revolution the sensors are simultaneously at the azimuths at which one wishes to make a measurement. It is thus possible to obtain an image of the deformation of the tire in different azimuths at a given instant, which no longer requires that the forces vary slowly with respect to the rotation of the wheel. Ideally (maximum bandwidth), the number of sensors should be at least equal to the number of quantities to be estimated.
  • One implementation of this approach consists in placing the sensors evenly distributed around the tire. Thus, in the case where N sensors have been placed, the situation where the sensors are correctly positioned occurs at least N times per revolution. Figure 13 shows this type of operation with three sensors which fall three times per revolution on the azimuths where the measurement must be made (0 °, 120 ° and 240 °).
  • the first uses measurements at 0 °, 120 ° and 240 °, the second at 60 °, 180 ° and 300 °.
  • the transfer function can be applied.

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Abstract

Méthode de détermination d'au moins une des caractéristiques choisies parmi les trois composantes d'une résultante d'efforts exercés par la chaussée sur l'aire de contact d'un pneumatique et le couple d'alignement généré par le pneu, dans laquelle ladite caractéristique est déduite d'au moins deux mesures d'extension ou de contraction circonférentielle dans au moins un flanc du pneumatique en deux points fixes dans l'espace, situés à des azimuts différents le long de la circonférence.

Description

Méthode de détermination de composantes d'efforts subis par un pneumatique et du couple d'auto-alignement
La présente invention concerne les véhicules et la mesure des efforts exercés par la chaussée sur les pneumatiques des véhicules.
La présente invention concerne aussi les divers dispositifs d'assistance électronique utilisés par exemple pour la régulation antiblocage des freins d'un véhicule ou la régulation anti -patinage des roues motrices, le contrôle de trajectoire d'un véhicule ou encore pour d'autres formes de contrôle ou de surveillance comme la pression des pneumatiques.
Afin de contrôler le comportement d'un véhicule, on a cherché à déterminer certains paramètres de roulage. Ainsi, pour réduire le glissement longitudinal des roues, on a développé des systèmes de limitation du glissement (A.B.S., A.S.R.) capables de moduler le couple transmis à la roue par le moteur ou le frein en fonction du glissement déduit des variations de vitesse de rotation de chaque roue. On a aussi proposé de mesurer la torsion (déformation angulaire circonférentielle) des flancs d'un pneumatique pour déterminer les variations du couple transmis à la chaussée. Cette mesure, plus directe qu'une déduction à partir de la variation de la vitesse de rotation, peut permettre une régulation plus fine des systèmes de limitation du glissement.
On connaît aussi des systèmes (comme l'E.S.P.) qui agissent sur les freins ou sur la puissance motrice appliquée aux roues pour assurer que la trajectoire souhaitée par le conducteur est bien suivie par le véhicule. Pour ce faire, on mesure généralement simultanément la vitesse de lacet (vitesse de rotation du véhicule autour d'un axe vertical), la vitesse de roulage, l'accélération transversale du véhicule et la position angulaire que le conducteur impose au volant.
L'invention part de l'observation que toutes les forces exercées par la chaussée sur le véhicule sont transmises par l'intermédiaire des roues. C'est le bilan de ces forces qui conditionne les accélérations subies par le véhicule. Ainsi, la détermination de l' ensemble de ces forces pourrait permettre de se passer des différents capteurs cités plus haut ou de les compléter pour fournir une information plus complète.
La méthode de l'invention est basée sur la constatation du fait que les efforts agissant entre la bande de roulement du pneumatique et la chaussée provoquent une déformation sensible et reproductible sous forme d'une extension ou contraction circonférentielle des flancs des pneumatiques. Cette déformation d'extension ou de contraction circonférentielle, si l'on parvient à la mesurer isolément lors de la rotation du pneumatique en temps réel, peut permettre de connaître à chaque instant le sens et l'intensité des efforts agissant sur le pneumatique ainsi que le signe et l'intensité du couple d'auto-alignement exercé par le pneumatique.
Du fait même de sa conception et de son mode de fonctionnement, les déformations générées dans le pneu lorsqu'il est sollicité dépendent de sa pression de gonflage. Ainsi, la pression de gonflage est un des paramètres de la méthode proposée ici. Cette pression peut être connue par un moyen de mesure spécifique et indépendant des mesures faites dans le contexte de cette invention, un exemple d'un tel moyen étant un capteur de pression. Cette pression peut aussi découler d'un traitement spécifique de la mesure des déformations circonférentielles.
Dans des conditions réelles d'utilisation, le pneu est fréquemment soumis à des variations de l'angle de carrossage. Il en résulte une modification des déformations du pneu. Ainsi, le carrossage est un des paramètres de la méthode proposée ici. Le carrossage peut être connu par un moyen de mesure spécifique et indépendant des mesures faites dans le contexte de cette invention, un exemple d'un tel moyen étant un capteur d'angle de carrossage. Ce carrossage peut aussi découler d'un traitement spécifique de la mesure des déformations circonférentielles.
L'invention propose une méthode de détermination d'au moins une des caractéristiques choisies parmi les trois composantes d'une résultante d'efforts exercés par la chaussée sur l'aire de contact d'un pneumatique et le couple d'auto-alignement généré par le pneu et le carrossage et la pression, caractérisée en ce que ladite caractéristique est déterminée par un traitement d'au moins deux mesures d'extension ou de contraction circonférentielle dans au moins un flanc du pneumatique en deux points fixes dans l'espace, situés à des azimuts différents le long de la circonférence.
Sous un aspect intéressant, l'invention propose d'estimer la contraction ou l'extension circonférentielle des flancs par la mesure de la distance entre les fils de la nappe carcasse dans les flancs. On parlera dans la suite de la mesure de « l'écart entre les fils ». Notons que si cette dénomination est liée à la structure radiale d'un pneumatique la méthode ne s'applique pas uniquement aux pneumatiques à carcasse radiale. Ainsi, on parlera « d'écart fils » pour désigner la distance moyenne entre deux tracés réalisés sur le flanc à des azimuts voisins mais différents.
Notons que dans le cas où la mesure de l'extension circonférentielle des flancs est réalisée dans l'épaisseur des flancs à un endroit différent de leur fibre neutre en flexion, l'extension circonférentielle inclut une composante due à la flexion du flanc, notamment lors du passage dans l'aire de contact (Phénomène aussi appelé « ventre de lapin »). Cette composante due à la flexion n'est en aucun cas un problème et peut être mise à profit pour augmenter la dynamique de variation des signaux utilisés par l'invention en réalisant la mesure d'extension ailleurs que sur la fibre neutre en flexion.
La suite de la description explique plus en détails l'invention à l'aide des figures jointes dans lesquelles :
• la figure 1 est une perspective d'un pneu sur lequel on définit des conventions utiles à l'intelligence de l'invention ; • les figures 2a et 2b montrent l'effet de la composante verticale Fz :
- où la courbe pleine correspond à une charge verticale de 400 daN,
- où la courbe en pointillés correspond à une charge verticale de 500 daN,
- où la courbe en trait mixte correspond à une charge verticale de 300 daN ;
• les figures 3a et 3b montrent l'effet de la composante Fx : - où la courbe pleine correspond à une charge verticale de 400 daN et une absence de force Fx, - où la courbe en pointillés correspond à une charge verticale de 400 daN et une force Fx de 400 daN (Moteur),
- où la courbe en trait mixte correspond à une charge verticale de 400 daN et une force Fx de - 400 daN (Freineur) ; • les figures 4a et 4b montrent l'effet de la composante Fy :
- où la courbe pleine correspond à une charge verticale de 400 daN sans effort Fy,
- où la courbe en pointillés correspond à une charge verticale de 400 daN avec un effort Fy de 280 daN ;
• la figure 5 montre la déformation du pneumatique lorsqu'un angle de carrossage est appliqué,
• les figures 6a et 6b montrent l'effet du carrossage sur les signaux de déformation circonférentielle :
- où la courbe pleine correspond à une charge verticale de 400 daN sans effort Fx et Fy et à un angle de carrossage nul, - où la courbe en pointillés correspond à une charge verticale de 400 daN avec un angle de carrossage de 2°,
- où la courbe en traits mixtes correspond à une charge verticale de 400 daN avec un angle de carrossage de 4° ; la figure 7 montre l'architecture de réseau de neurones ; • la figure 8 montre des exemples de fonction de transfert ; les figures 9a et 9b montrent deux exemples d'architecture permettant de prendre en compte la pression de gonflage du pneumatique si celle-ci varie ; la figure 10 montre le signal temporel brut et filtré ; la figure 11 montre l'identification du passage dans l'aire de contact à partir du signal temporel ; la figure 12 montre un exemple de fonctionnement avec un capteur et un modèle ; la figure 13 montre un exemple de fonctionnement avec trois capteurs et un modèle ; la figure 14 montre un exemple de fonctionnement avec trois capteurs et deux modèles. La méthode décrite ici s'appuie sur le fait que chaque force appliquée au pneu dans l'aire de contact provoque une modification de l'extension circonférentielle des flancs du pneumatique. Considérons le cas d'un pneumatique monté sur sa roue et gonflé sur le premier flanc duquel on repère deux points Ai et A2 placés sur un même rayon mais séparés dans la direction circonférentielle. Sur le second flanc, aux mêmes azimuts que Ai et A2 et sur le même rayon, on choisit deux points B] et B2. En l'absence de forces appliquées sur le pneumatique, la distance qui sépare les deux points est constante en fonction de l'angle de rotation de l'ensemble monté.
Lorsque le pneumatique est soumis à des forces, on observe les effets suivants pour chacune des composantes desdites forces :
• La composante verticale (dénommée Fz ici) plaque le pneumatique sur le sol. En créant une aire de contact, elle entraîne une variation de la distance entre les deux points Ai et A2 lorsque l'ensemble monté est en rotation, traduisant une modification de l'extension circonférentielle des flancs. Les figures 2a et 2b indiquent la distance qui sépare, respectivement les points A et les points B, en fonction de l'azimut auquel ils se trouvent. L'augmentation de la composante verticale appliquée entraîne une extension des deux flancs dans l'aire de contact (augmentation de la distance vers 180°) et une contraction des autres zones du flanc, principalement en entrée et en sortie de l'aire de contact (diminution de la distance partout ailleurs, principalement vers 135° et 225°). Il est aussi intéressant de constater qu'il existe un azimut en entrée de l'aire de contact et un azimut en sortie d'aire de contact où la valeur d'extension circonférentielle est sensiblement indépendante de la composante Fz appliquée. Soit α0 tel que ces azimuts particuliers soient égaux à (180-α0)° et (180+α0)°.
• La composante horizontale dans la direction de roulage (dénommée Fx ici) provoque une différentiation des zones situées en entrée et en sortie de l'aire de contact. Ceci se traduit par une évolution de l'extension des flancs essentiellement en entrée et en sortie de l'aire de contact. Les figures 3a et 3b illustrent les effets de la composante Fx des forces appliquées, en indiquant la distance qui sépare, respectivement les points A et les points B, en fonction de l'azimut auquel ils se trouvent. Lorsqu'une force Fx positive est appliquée (couple moteur), les deux flancs sont comprimés dans la direction circonférentielle en entrée d'aire de contact et en extension en sortie d'aire de contact (Diminution de la distance vers 135° et augmentation vers 225°). Lorsqu'une force Fx négative est appliquée (couple freineur), les deux flancs sont comprimés dans la direction circonférentielle en sortie d'aire de contact et en extension en entrée (Diminution de la distance vers 225° et augmentation vers 135°).
• La composante horizontale dans la direction transverse (dénommée Fy ici) provoque principalement une différenciation des deux flancs. Les figures 4a et 4b illustrent les effets de ce type de sollicitation, en indiquant la distance qui sépare, respectivement les points A et les points B, en fonction de l'azimut auquel ils se trouvent. Dans le cas d'une sollicitation avec Fy positif, l'un des flancs est principalement mis en extension circonférentielle (augmentation de la distance entre Ai et A2) et l'autre flanc est mis en contraction circonférentielle (diminution de la distance entre Bi et B2).
Le couple d'auto-alignement N (moment autour de l'axe vertical) n'est pas à proprement parler un autre effort agissant entre la bande de roulement du pneumatique et la chaussée. Il s'agit plutôt d'une conséquence de la façon dont les composantes Fx, Fy et Fz sont appliquées dans l'aire de contact. Si le point d'application de la résultante ayant pour composantes Fx, Fy et Fz n'est pas le centre de l'aire de contact, cette résultante génère un moment autour de Oz que nous appelons couple d'auto-alignement. La présence de ce moment se traduit principalement par une rotation de l'aire de contact autour de Oz. Cet effet a pour conséquence par exemple une extension circonférentielle en entrée d'aire de contact et une contraction circonférentielle en sortie d'aire de contact sur un flanc alors que sur l'autre flanc on observe une contraction circonférentielle en entrée d'aire de contact et une extension circonférentielle en sortie d'aire de contact par rapport à une situation à couple d'auto-alignement nul.
Dans le cas où un angle de carrossage est appliqué au pneumatique, les comportements des deux flancs se distinguent. De manière simplifiée, tout se passe comme si un flanc porte plus de charge que l'autre. La figure 5 illustre ce fonctionnement en comparant une section de la partie du pneu dans l'aire de contact sans carrossage et avec un carrossage γ. Il en résulte aussi un léger déplacement latéral de l'aire de contact qui se traduit par une poussée dans la direction Y. Les figures 6a et 6b montrent l'évolution de la déformation circonférentielle dans les deux flancs. Sur le flanc surchargé (Points A), l'évolution est semblable à celle d'une augmentation de la charge. Sur l'autre flanc (Points B), on constate une évolution compatible avec une diminution de. la charge portée. Vu que l'évolution est impaire en flancs et paire en azimuts, il est possible de distinguer simplement un effet du carrossage d'un effet Fx, Fz et N. Les figures 4 et 6 montrent que les conséquences de Fy et du carrossage ne sont pas identiques, on peut donc établir un lien sans ambiguïté entre les signaux de déformation circonférentielle et le carrossage. Il est alors possible d'estimer à l'aide des mesures de déformation circonférentielle l'angle de carrossage sous lequel le pneu travaille.
La rigidité apparente d'un pneumatique provient à la fois de son fonctionnement pneumatique (de sa pression de gonflage) et de sa rigidité structurelle (rigidité de son architecture). Les signaux de déformation circonférentielle mesurés contiennent eux aussi une composante pneumatique et une composante structurelle. Par exemple, les signaux de déformation d'un pneu gonflé à 2 bars et chargé à 400 daN suivant Z ne sont pas identiques à ceux délivrés par le même pneu à 2.5 bars et chargé à 500 daN. Cette différence correspond à la contribution structurelle et peut permettre d'estimer la pression de gonflage du pneumatique.
Dans le cas où la pression de gonflage varie, les liens qui relient les efforts appliqués et les signaux de déformation sont quantitativement modifiés, mais sans que leur nature ne soit changée. Les taux d'extension dans les flancs sont influencés par la pression et par la charge ; ils sont composés d'une contribution due au fonctionnement « pneumatique » (c'est à dire dépendant de la pression de gonflage) et une autre contribution due au fonctionnement structurel (c'est à dire des matériaux constitutifs du pneu et de leur arrangement), lequel ne change pas quand on change la pression, d'où on peut remonter à la pression. Ainsi, la méthode peut être expliquée d'abord dans le cas d'une pression de gonflage supposée constante dans un but de simplicité. De même, nous considérons dans la suite que le carrossage est constant et nul pour rendre l'explication plus claire et ne mentionnons que les cas les plus intéressants vis à vis de ce paramètre.
Lorsque qu'une sollicitation qui mêle des composantes Fx, Fy et Fz est appliquée, on observe une superposition des effets énoncés précédemment sur l'extension dans la direction circonférentielle. Un des avantages de la méthode proposée est de permettre une séparation des contributions de chaque composante de la sollicitation appliquée, de manière à permettre une estimation de chacune de ces composantes.
L'approche utilisée s'appuie en partie sur des caractéristiques de parité remarquables qui correspondent aux symétries naturelles du pneu pour réaliser cette séparation.
Définissons l'azimut θ comme l'angle auquel on analyse l'extension circonférentielle des flancs. L'origine de l'azimut est prise à l'opposé du centre de l'aire de contact. Le centre de l'aire de contact a donc l'azimut 180°.
Le signal d'extension en fonction de l'azimut s(θ) peut alors se décomposer en deux signaux sp (θ) et st (θ) tels que :
s(θ) = sp(θ) + s,(θ) $,(180 + 0) = -J, (18O - 0) *„ (180 + 0) = sp(l%Ç> - θ)
s, est appelé partie impaire et sp partie paire de s.
De même, soient sλ (θ) et s2 (θ) les signaux associés à la mesure de l'extension circonférentielle sur chacun des flancs du pneu. On définit : sP(θ) , s'(θ (θ)
s' (θ) -s θ)
S' (θ) =
sp est appelée partie paire en flanc et s1 partie impaire en flanc.
Notons que cette décomposition en parité suivant les flancs peut aussi bien s'appliquer à s, et sp. On obtient alors à partir d'une mesure réalisée sur chaque flancs de quatre signaux s,' s,p sp' sp p.
Les efforts Fx, Fy, Fz et le couple d'auto-alignement N sont de par leurs orientations liés à certaines symétries. En particulier, on peut utiliser ce principe pour découpler les effets des composantes efforts sur le pneu.
Ainsi, d'après les observations (figures 2a, 2b, 3a, 3b, 4a et 4b) le signal :
• s,p est majoritairement lié à la force Fx.
• sp' est majoritairement lié à la force Fy
• sp p est majoritairement lié à la force Fz
Les symétries qui s'appliquent permettent de plus d'affirmer que le signal s,1 est principalement lié au couple d'auto-alignement N.
Fort de ces observations, la méthode explicitée ici propose de réaliser des mesures de l'extension circonférentielle sur au moins un flanc du pneumatique. Ces mesures permettent grâce à des opérations mathématiques (combinaisons linéaires ou non entre les mesures réalisées aux différents azimuts) d'estimer les valeurs des signaux s,p sp' sp p et s,1 en certains azimuts et par là même de fournir une évaluation des composantes de la force appliquée. Dans le but d'éclairer la démarche, on présente ici quelques exemples d'utilisation de la méthode qui ne sont pas exhaustifs et ne limitent en rien les configurations utilisables à celles listées ici.
Considérons le cas où les mesures sont réalisées sur un flanc uniquement.
Exemple 1 :
On souhaite estimer les composantes des efforts appliqués dans l'aire de contact et le couple d'auto-alignement à partir de mesures de l'extension circonférentielle d'un flanc du pneumatique mesurée en trois azimuts. Les azimuts de mesure sont choisis de la manière suivante :
• Un des azimuts correspond au milieu de l'aire de contact (azimut 180°). Soit Vc la valeur mesurée à ce point. L'azimut qui correspond à l'opposé de l'aire de contact est utilisable de manière équivalente.
• Les deux autres azimuts sont symétriques par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact. (180°+α° et 180°-α°). Soient Vj et V2 les valeurs mesurées en ces points.
D'après les observations précédentes :
• V2-V1 permet d'estimer le déséquilibre entre l'entrée d'aire de contact et la sortie. Cette valeur sera principalement liée à la composante Fx. Une estimation de Fx est donnée par fx(r2V2-rιVι) où ri et r2 sont des coefficients réels positifs et fx une fonction continue monotone.
• Vc-(Vι+V2) permet d'estimer la différence entre le passage dans l'aire de contact et l'extérieur de l'aire de contact. Le résultat est ici principalement lié à Fz. Une estimation de Fz est donnée par fz(scVc-(sιVι+s2V2)) où si, s2 et sc sont des coefficients réels positifs et fz une fonction continue monotone. • Vc+Vι+V2 donne une indication sur l'extension globale du flanc. Cette valeur sera principalement liée à la composante Fy de la force appliquée. Une estimation de Fy est donnée par fy(ucVe+uιVι+U2V2) où ui, u2 et uc sont des coefficients réels positifs et fy une fonction continue monotone.
Dans cet exemple, on estime quatre composantes (Fx, Fy, Fz et N) à partir de trois mesures d'extension circonférentielle. En effet, il existe des cas où le couple d'auto- alignement est directement et uniquement dépendant des composantes Fx, Fy et Fz. On peut alors l'estimer aussi. Dans le cas où le couple d'auto-alignement dépend d'autres paramètres, il est nécessaire de mesurer l'extension circonférentielle des flancs en un nombre plus important d'azimuts.
Exemple 2 :
On souhaite estimer les composantes des efforts appliqués dans l'aire de contact et le couple d'auto-alignement à partir de mesures de l'extension circonférentielle d'un flanc du pneumatique mesurée en cinq azimuts. Les azimuts de mesure sont choisis de la manière suivante :
• Un des azimuts correspond au milieu de l'aire de contact (azimut 180°). Soit Vc la valeur mesurée à ce point.
• Deux autres azimuts sont symétriques par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact. (180°+α° et 180°-α°). Soient Vi et V les valeurs mesurées en ces points.
• Les deux derniers azimuts sont symétriques par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact. (180°+β° et 180°-β°). Soient V3 et V4 les valeurs mesurées en ces points.
Des combinaisons de même nature mais un peu plus complexes que celles exposées dans l'exemple 1 permettent dans ce cas de déterminer les composantes Fx, Fy, Fz et N y compris dans les cas où le couple d'auto-alignement n'est pas uniquement dépendant des composantes Fx, Fy et Fz. Des vérifications expérimentales ont permis de se rendre compte que cette configuration de mesure donne la possibilité de distinguer les effets de Fy et les effets du carrossage ; par conséquent, la méthode est valide aussi dans des conditions de carrossage non nul et on peut évaluer l'angle de carrossage simultanément aux composantes Fx, Fy, Fz et N.
Considérons maintenant le cas où les mesures sont réalisées sur les deux flancs.
Exemple 3 :
On souhaite estimer les composantes des efforts appliqués dans l'aire de contact et le couple d'auto-alignement à partir de mesures de l'extension circonférentielle des deux flancs du pneumatique mesurée en deux azimuts sur chaque flanc. Les azimuts de mesure sont choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°). α doit être différent de α0 pour pouvoir estimer Fz. Soient Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le premier flanc, et Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc.
Grâce à ces quatre valeurs, il est possible de déterminer les composantes en utilisant la décomposition suivant les parités en azimut et en flanc :
1 9 1 9
• Vi +Vι +V2 +V2 donne la composante paire en azimut et en flanc. Cette combinaison est donc directement liée à Fz. Une estimation de Fz est donnée par fz(a1VιI+a2V2 1+bιVι2+b2V2 2) où ai, a2, bi et b2 sont des réels positifs et fz une fonction continue monotone.
1 1 9 • • Vi +Vι -(V2 +V2 ) donne la composante impaire en azimut et paire en flanc. Cette combinaison est donc directement liée à Fx. Une estimation de Fx est donnée par f (cιVι1-C2V2 1+d]Vι2-d2V2 2) où ci, C2, di et d2 sont des réels positifs et fx une fonction continue monotone.
• Vι 1-Vι2+(V2 1-V2 2) donne la composante paire en azimut et impaire en flanc. Cette combinaison est donc directement liée à Fy. Une estimation de Fy est donnée par fy(eιVι '+e2V2 1-fιVι2-f2V2 2) où ei, e2, fi et f2 sont des réels positifs et fy une fonction continue monotone. • Vι'-Vι2-(V21-V2 2) donne la composante impaire en azimut et impaire en flanc. Cette combinaison est donc directement liée à N. Une estimation de N est donnée par fn(gιVι 1-g2V2 1-hιVι2+h2V22) où gi, g2, hi et h2 sont des réels positifs et fn une fonction continue monotone.
Par ce type de disposition, on utilise au maximum les symétries du pneumatique et pouvons espérer une très bonne précision de la reconstruction des composantes de la sollicitation appliquée dans l'aire de contact.
Exemple 4 :
On souhaite estimer les composantes des efforts appliqués dans l'aire de contact et le couple d'auto-alignement à partir de mesures de l'extension circonférentielle des deux flancs du pneumatique mesurée en trois azimuts sur chaque flanc. Les azimuts de mesure sont choisis de la manière suivante :
• Deux azimuts choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°). Soient Vi1 et V2 1 les valeurs mesurées à ces
• 9 9 azimuts sur le premier flanc, et Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc
• Un azimut correspondant au centre de l'aire de contact. Soient Vc' et Vc 2 les valeurs mesurées à ces azimuts.
Le traitement est similaire à celui de l'exemple 3. Les valeurs Vc' et Vc 2 permettent une certaine redondance de l'information mais surtout une meilleure estimation de la composante Fz.
Comme dans l'exemple 2, le fait de disposer de cinq mesures de déformation circonférentielle en cinq azimuts différents sur chaque flanc permet de distinguer les contributions de la composante Fy et de l'angle de carrossage. Cette configuration permet donc d'évaluer simultanément l'angle de carrossage et les composantes d'effort dans des conditions de roulage à carrossage variable. Par rapport à l'exemple 2, les mesures sur les deux flancs apportent une robustesse certaine. En effet, du fait du « transfert de charge » d'un flanc à l'autre lorsque l'angle de carrossage est non nul, un modèle utilisant une mesure sur les deux flancs et fournissant la somme des estimations données par chaque flanc est par construction valide quel que soit l'angle de carrossage.
• 1 9
Dans le cas ou α est pris égal à 0, on obtient l'information sur Fz grâce à Vc et Vc et l'information sur Fx, Fy et N par Vi ', Vi2, V2 1 et V2 . On utilise ainsi une possibilité supplémentaire de découplage des différentes contributions.
Les combinaisons linéaires prises en exemple ci-dessus sont très rudimentaires et permettent uniquement de prendre en compte les effets principaux. Dans le but d'affiner les estimations des composantes des efforts et de prendre en compte le fonctionnement non linéaire du pneu, la méthode décrite fait appel à des fonctions de transfert plus évoluées pour relier les mesures aux estimations des efforts. Toute fonction d'interpolation permettant d'établir un lien entre les grandeurs mesurées et les valeurs des composantes de la sollicitation appliquée peut être utilisée dans ce cadre. On peut ainsi déterminer les coefficients de la fonction d'interpolation à partir d'une base d'apprentissage (voir ci-dessous).
Bien que tous les exemples listés ici utilisent des azimuts de mesure choisis pour tirer parti au mieux des symétries du pneu et faciliter la reconstruction, le choix de la position de azimuts auxquels les valeurs sont mesurées est libre (la symétrie des azimuts n'est pas en soi obligatoire) car toute combinaison d'un nombre suffisant de mesures permet une estimation des composantes de la sollicitation appliquée. Il est possible, dans ce cas de rechercher directement les fonctions donnant les composantes Fx, Fy, Fz et N en fonction des mesures d'extension circonférentielle du ou des flancs en des azimuts connus. La détermination des fonctions de transfert n'est plus nécessairement basée sur l'analyse de la mécanique du pneumatique mais sur la réponse du pneumatique en terme d'extension circonférentielle du ou des flancs aux efforts qu'il subit. Que les azimuts de mesure soient choisis grâce à une analyse physique ou décidés de manière plus arbitraire, les réseaux de neurones semblent bien adaptés pour établir une fonction de transfert entre les mesures réalisées et les composantes des efforts Fx, Fy , Fz et N. Le cas échéant, l'angle de carrossage peut aussi faire partie des grandeurs à estimer et apparaître en sortie de la fonction de transfert. Parmi les schémas les plus simples applicables, on peut retenir comme fonction d'interpolation permettant d'établir un lien entre les grandeurs mesurées et les valeurs des composantes de la sollicitation appliquée l'utilisation de réseaux à une couche de neurones cachés et une couche de neurones de sortie. Ces neurones cachés utilisent une fonction de transfert sigmoïde. Les neurones de sortie utilisent quant à eux une fonction de transfert linéaire (figure 7). La propriété de parcimonie de ce type de réseau employé comme approximateur est ici très intéressante. Il est possible d'utiliser un réseau par composante à estimer ou un réseau permettant grâce à plusieurs sorties d'estimer toutes les composantes.
Si les azimuts de mesure ont été choisis de manière à tirer parti des symétries ou de remarques physiques, il peut être intéressant de réaliser des combinaisons linéaires entre les grandeurs avant l'entrée dans le réseau. Dans ce cas, une analyse en composantes principales permettra de déterminer de façon judicieuse les coefficients de ces combinaisons et simplifiera le réseau de neurones nécessaire. On obtient l'architecture décrite sur la figure 8, qui montre des exemples de fonction de transfert où les combinaisons linéaires en entrée sont facultatives. Il est possible d'utiliser un réseau de neurones à plusieurs sorties ou plusieurs réseaux de neurones à une sortie ou toute autre combinaison. Les grandeurs de sortie possibles (Fx, Fy, Fz, N, P et γ) sont indiquées mais bien entendu l'invention n'exclut pas de chercher à en estimer que certaines d'entre elles.
Concrètement, on opère de la façon suivante :
• La première étape consiste après avoir déterminé les azimuts de mesure à recueillir les valeurs de l'extension circonférentielle du ou des flancs lors de sollicitations variées du pneumatique choisies de façon à couvrir tout le domaine dans lequel l'évaluation de la ou des caractéristiques choisies sera permise en utilisation normale. Les sollicitations choisies doivent aussi mettre en œuvre tous les couplages susceptibles d'être rencontrés lors d'une utilisation normale. L'ensemble de valeurs mesurées et de la ou des caractéristiques choisies associées (obtenus par un autre moyen de mesure) constitue la base d'apprentissage. Bien sur, dans le cas où le carrossage est par la suite susceptible de varier, il est souhaitable de faire apparaître dans la base d'apprentissage des variations de l'angle de carrossage représentatives du domaine d'utilisation futur.
• La seconde étape consiste à réaliser l'apprentissage des poids du réseau (plus généralement, réaliser la détermination des coefficients d'une fonction d'interpolation) sur la base ainsi constituée. A l'issue de cette phase, on dispose des fonctions de transfert.
• Une troisième étape consiste à tester les fonctions de transfert en confrontant les estimations de la ou des caractéristiques choisies aux valeurs indiquées par un autre moyen de mesure.
Outre les réseaux de neurones, il est possible d'employer par exemple des fonctions polynomiales.
Dans le cas réaliste où la pression de gonflage du pneumatique est susceptible de changer au cours du temps, il peut être nécessaire, en fonction de la précision souhaitée pour la mesure des composantes recherchées de prendre en compte les variations de pression.
Une première manière de procéder consiste à corriger les efforts estimés en sortie de fonction de transfert en fonction de la pression. Il est ainsi possible de réaliser une correction au premier ordre. En effet, soit une sollicitation appliquée sur le pneu dans le cas d'une fonction de transfert ne prenant pas en compte la pression. Si la pression est double de la pression de référence (à laquelle la fonction de transfert a été établie), la fonction de transfert verra environ deux fois moins de déformations mesurées en entrée que pour la pression de référence. Elle évaluera donc des efforts deux fois plus faibles que les efforts réellement appliqués. Il convient de multiplier par deux les efforts estimés.
Toutefois, l'approche la plus précise consiste à introduire la pression comme paramètre dans les fonctions de transfert. Ceci implique :
* De réaliser l'apprentissage de la ou des fonctions de transfert sur une base d'apprentissage contenant des cas de sollicitation du pneumatique sous différentes conditions de pression de gonflage couvrant le domaine de fonctionnement souhaité.
* De disposer d'une mesure ou d'une estimation de la pression de gonflage.
De manière non limitative, on décrit ci-dessous deux manières de connaître la pression.
La première consiste à utiliser une mesure de pression donnée par un capteur de pression différent des capteurs spécifiques de l'invention. La valeur de pression mesurée est alors fournie au système, en plus des valeurs de déformations aux azimuts à la ou aux fonctions de transfert. La figure 9a schématise l'architecture associée.
La seconde approche consiste à estimer la pression de gonflage à partir des mesures de déformation circonférentielle des flancs. En effet, les signaux de déformation présentent une composante structurale et une composante pneumatique ce qui permet par leur analyse de capturer une information sur la pression de gonflage.
Cette façon de faire nécessite de déterminer une fonction de transfert prenant en entrée les mesures de déformation aux azimuts souhaités et donnant, sur le domaine de fonctionnement désiré, une estimation de la pression de gonflage. La même méthodologie que celle présentée précédemment est applicable :
* Constitution d'une base d'apprentissage mêlant variations d'efforts appliqués et de pression de gonflage.
* Détermination d'une fonction de transfert par apprentissage.
En pratique, si la précision d'une détermination de pression faite comme indiqué ci- dessus est jugée insuffisante pour une mise en œuvre particulière de l'invention, il est possible de l'améliorer facilement. En effet, l'évolution de la pression dans un pneumatique est un phénomène lent par rapport à la rotation du pneumatique. On peut donc moyenner ou filtrer les estimations de pression de manière à ne conserver que les composantes basses fréquences. On obtient alors une bonne estimation de la pression de gonflage. La figure 9b schématise l'architecture qui résulte de cette approche. En plus de la connaissance des résultantes d'efforts recherchées, la méthode fournit alors, sans capteur supplémentaire, une estimation de la pression de gonflage.
Naturellement, bien d'autres variables (en plus des mesures d'extension circonférentielle) peuvent être prises en compte selon le même principe pour améliorer l'efficacité de cette détermination. C'est le cas par exemple, de la température du pneumatique ou de la vitesse de rotation. En effet, suivant le type de capteur et la position de la mesure, il se peut que les signaux de déformation circonférentielle obtenus dépendent légèrement de la vitesse de rotation du pneu. De manière à améliorer la précision des estimations, il peut alors être intéressant d'ajouter la vitesse de rotation comme paramètre en entrée de la fonction de transfert. La connaissance de la vitesse peut alors venir d'une mesure réalisée par un autre composant installé sur le véhicule ou par exemple être extraite des signaux de déformation eux-mêmes.
De manière générale, le nombre de points de mesure peut être plus important que les configurations minimales présentées dans les exemples et permettre un résultat plus précis ou plus sûr du fait de la redondance des informations disponibles.
Une alternative pour augmenter la précision ou la robustesse de la méthode consiste à utiliser une mesure multi-dimensionnelle à la place d'une mesure mono-dimensionnelle ou à compléter la mesure d'extension dans la direction circonférentielle par une autre mesure. Par exemple et de manière non limitative, on peut utiliser à la fois une déformation circonférentielle dans une zone du flanc proche de la bande de roulement, et une autre mesure de déformation circonférentielle dans une zone du flanc proche du bourrelet. Par exemple encore, il peut aussi par exemple s'agir de mesurer, simultanément à l'extension circonférentielle, l'extension radiale provoquée par la flexion du flanc. Dans ce cas, les entrées de la fonction de transfert sont constituées d'un panachage de mesures de l'une, de l'autre ou des différentes types de déformations à différents azimuts. Hormis cette différence, on utilise alors exactement la même démarche de détermination de la fonction de transfert.
Cette approche peut s'avérer très intéressante car sur le plan de la réalisation du produit final, il peut être beaucoup plus simple et moins coûteux de n'équiper qu'un seul bourrelet même si le capteur est lui-même plus cher à fabriquer (cas d'une mesure multidimensionnelle) ou si plusieurs capteurs différents sont nécessaires.
La mesure de l'extension circonférentielle du ou des flancs du pneumatique peut se faire de n'importe quelle manière, par un dispositif externe ou un dispositif interne au pneu. A titre d'exemple, on décrit ici pour réaliser la mesure de l'extension circonférentielle l'utilisation d'un ou de capteurs placés dans le pneu et donc entraînés en rotation par le pneu.
Ce ou ces capteurs intégrés au pneu et mesurant localement l'extension circonférentielle du ou des flancs peuvent faire appel à n'importe quel principe physique de mesure. Il peut par exemple s'agir de capteurs diélectriques mesurant une variation de capacité liée à la distance qui sépare deux électrodes. Les électrodes peuvent être constituées d'un fil conducteur placé de manière radiale dans le flanc. Cette disposition permet une mesure de « l'écart fils » par mesure de la capacité entre les électrodes. S'il est actif, le capteur peut être alimenté soit par le véhicule par téléalimentation par une batterie embarquée sur la roue ou dans le pneu ou par tout autre moyen. En ce qui concerne la transmission de l'information vers le véhicule, on peut utiliser des voies galvaniques ou on peut transmettre par radio ou de toute autre manière appropriée. Le capteur en lui même peut fournir une information en continu ou avec une fréquence de rafraîchissement suffisamment rapide par rapport à la période de rotation de la roue.
Cette approche utilisant un capteur intégré au pneu a l'avantage de permettre une connaissance de l'extension circonférentielle du ou des flancs à tous les azimuts du pneumatique puisque un capteur, entraîné par le pneu, explore l'ensemble des azimuts lors d'une rotation de la roue. La méthode de reconstruction des composantes des efforts étant basée sur la mesure de l'extension circonférentielle à certains azimuts, se pose le problème de la localisation du capteur pour extraire les valeurs aux bons azimuts.
Le capteur est interrogé à une fréquence constante et connue. Il délivre donc un signal temporel de la variation de l'extension circonférentielle locale. Un signal mesuré est présenté en figure 10. Sur ce signal temporel, On reconnaît aisément la signature d'un tour de roue que l'on a observée précédemment (figures la, lb, 2a, 2b 3a et 3b). Outre la signature de chaque tour de roue, ce signal est bruité. La première opération consiste à réduire ce bruit en appliquant un filtre passe bas dont la fréquence de coupure peut être liée à la vitesse de rotation de la roue.
Plusieurs cas de figure peuvent alors se présenter suivant les équipements disponibles :
• Si l'on dispose d'une mesure de la position angulaire de la roue, il est possible de connaître les instants auxquels le capteur passe à l'azimut de mesure. La lecture des valeurs mesurées à ces instants fournit la valeur de l'extension circonférentielle aux azimuts désirés. Cette mesure de la position angulaire de la roue peut, par exemple être obtenue par un comptage des transitions d'un capteur ABS de vitesse de rotation de la roue.
• Si aucun dispositif externe n'est disponible pour faciliter la localisation du capteur, on ne peut utiliser que le signal du capteur lui-même. L'invention propose d'utiliser le signal du capteur ou d'éventuels autres capteurs intégrés au pneu pour estimer la position angulaire de la roue.
Chaque passage du capteur dans l'aire de contact a pour signature une très forte extension circonférentielle des flancs du pneumatique. En utilisant cette observation, il est possible de trouver les instants où le capteur passe au centre de l'aire de contact. La méthode la plus simple pour réaliser cette opération consiste à réaliser un seuillage du signal filtré et à rechercher les maxima parmi les valeurs supérieures à ce seuil (« algorithme 1 » - figure 11). Cette approche permet de ne pas détecter les maxima qui ne correspondent pas au passage dans l'aire de contact. L'allure du signal évolue de manière sensible en fonction des efforts appliqués. En conditions réelles, le seuillage peut s'avérer compliqué, car le niveau du seuil doit être constamment adapté. De plus, dans certaines conditions, il arrive que le fait d'appliquer un seuil provoque la détection de plusieurs extrema par tour de roue. Cette situation se rencontre lorsqu'un effort Fy important est appliqué.
Une approche possible mais non unique consiste à utiliser l'algorithme suivant :
* Utiliser par défaut l'algorithme précédemment expliqué appelé « algorithme 1 ». Quand une périodicité est détectée, utiliser la date du dernier passage dans l'aire de contact et une évaluation de la vitesse d'après les derniers passages pour prévoir la date du futur passage dans l'aire de contact tn. Définir une fenêtre de signal à l'aide d'une incertitude autour de tn [t„-d ;tn+d] avec d inférieur à la demi-période du signal. * Effectuer le seuillage dans cette fenêtre pour déterminer la vraie date Tn qui correspond à l'approximation tn.
* Effectuer une nouvelle itération pour détecter le prochain tour. En cas d'erreur (période visiblement fausse, extremum trouvé en limite de fenêtre, ...) reprendre « algorithme 1 » pour synchroniser à nouveau le processus.
A chaque détermination d'un nouveau passage dans l'aire de contact, la connaissance des instants des derniers passages (au moins 3 passages) permet d'estimer la vitesse de rotation de la roue et son accélération. Grâce à ces estimations, il est possible de reconstruire une évaluation de l'azimut auquel le capteur se trouve en fonction du temps. Il devient alors possible d'extraire des mesures en fonction du temps les valeurs à certains azimuts.
Comme vu précédemment, l'estimation de la vitesse de rotation peut être utilisée en entrée de la fonction de transfert pour améliorer la précision de l'estimation des composantes d'efforts sur une grande plage de vitesses. Plusieurs possibilités s'offrent alors pour la mise en œuvre de la mesure. En effet, la détermination des composantes des efforts nécessite des mesures à plusieurs azimuts.
• Une première approche consiste à n'utiliser qu'un capteur sur chaque flanc pour lequel on souhaite avoir des mesures. A chaque passage à une position requise, la valeur donnée par le capteur est prise en compte pour rafraîchir la mesure à l'azimut considéré. En faisant l'hypothèse que les composantes des efforts varient lentement par rapport à la vitesse de rotation de la roue, un seul capteur permet ainsi d'obtenir les mesures à tous les azimuts nécessaires à la reconstruction des efforts. La figure 12 présente ce type de fonctionnement avec un modèle (fonction de transfert) qui nécessite des mesures à trois azimuts (0°, 120° et 240°).
• Une seconde approche consiste à disposer plusieurs capteurs sur la circonférence de façon à ce qu'au moins une fois par tour les capteurs se trouvent simultanément aux azimuts auxquels on désire réaliser une mesure. Il est ainsi possible d'obtenir une image de la déformation du pneu en différents azimuts à un instant donné, ce qui ne nécessite plus que les efforts varient lentement par rapport à la rotation de la roue. Idéalement (bande passante maximale), le nombre de capteurs doit être au moins égal au nombre de grandeurs à estimer. Une mise en œuvre de cette approche consiste à disposer les capteurs de manière équi-répartie autour du pneu. Ainsi, dans le cas où l'on a placé N capteurs, la situation où les capteurs sont bien positionnés se produit au moins N fois par tour. La figure 13 présente ce type de fonctionnement avec trois capteurs qui tombent trois fois par tour sur les azimuts où la mesure doit être réalisée (0°, 120° et 240°).
• Enfin, il est possible de mixer les approches précédentes.
L'augmentation du nombre de capteurs permet en particulier
• d'augmenter la fréquence de rafraîchissement de l'estimation des efforts, donc la bande passante du système, • d'augmenter la robustesse vis à vis des variations rapides des composantes des efforts appliqués dans l'aire de contact. Notons que plusieurs modèles peuvent être déterminés qui prennent en entrée les mesures à des azimuts différents. Même avec un unique capteur, il est ainsi possible d'obtenir plusieurs estimations à chaque tour de roue. La figure 14 montre un exemple de fonctionnement avec trois capteurs et deux modèles :
- où les positions indiquées en traits pleins représentent les azimuts auxquels les mesures doivent être prises pour servir d'entrée au modèle 1,
- où les positions indiquées en traits pointillés représentent les azimuts auxquels les mesures doivent être prises pour servir d'entrée au modèle 2, - où Cl, C2 et C3 représentent les positions des capteurs sur le flanc d'un pneumatique.
Deux fonctions de transfert sont donc déterminées. La première utilise des mesures à 0°, 120° et 240°, la seconde à 60°, 180° et 300°. Lorsque les capteurs tombent sur les positions de mesures désirées, la fonction de transfert peut être appliquée. En gérant convenablement les capteurs, il est même possible dans ce type de disposition de réaliser une estimation des efforts 6 fois par tour de roue. Ces estimations par plusieurs modèles peuvent être moyennées ou confrontées pour augmenter la précision et diminuer le bruit dans l'estimation des efforts.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de détermination d'au moins une des caractéristiques choisies parmi les trois composantes d'une résultante d'efforts exercés par la chaussée sur l'aire de contact d'un pneumatique et le couple d'auto-alignement généré par le pneu et le carrossage et la pression, caractérisée en ce que ladite caractéristique est déterminée par un traitement d'au moins deux mesures d'extension ou de contraction circonférentielle dans au moins un flanc du pneumatique en deux points fixes dans l'espace, situés à des azimuts différents le long de la circonférence.
2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on utilise au moins trois points fixes dans l'espace définis tels que : « un des points corresponde à l'azimut du centre de l'aire de contact ou l'azimut du point opposé à l'aire de contact ;
• les deux autres points soient symétriques par rapport à un plan vertical passant par le centre de l'aire de contact.
3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'on estime la contraction ou l'extension circonférentielle des flancs par la mesure de la distance entre les fils de la nappe carcasse dans les flancs.
4. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'on estime la contraction ou l'extension circonférentielle des flancs par la mesure de la distance entre les fils formant un capteur mesurant une variation de capacité liée à la distance qui sépare deux électrodes.
5. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, les azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et
180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact,
1 1 9 9
Vi et V2 étant les valeurs mesurées à ces azimuts sur le premier flanc, et Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc, fz(aιVι '+a2V 1+bιVι2+b2V2 2) où ai, a2, bi et b2 sont des coefficients réels positifs et fz une fonction continue monotone est une estimation de la composante Fz.
6. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, les azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact, Vi1 et V2' étant les valeurs mesurées à ces azimuts sur le premier flanc, et Vj2 et V2 2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc, fχ(cιVι1-c2V2 1+dιVι2-d2V2 2) où Ci, C2, di et d2 sont des coefficients réels positifs et fx une fonction continue monotone, est une estimation de la composante Fx.
7. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, les azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°- °), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact,
1 1 9 9
Vi et V2 étant les valeurs mesurées à ces azimuts sur le premier flanc, et Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc, fy(e1V1 1+e2V2 1-fιVι2-f2V2 2) où ei, e2, fi et f2 sont des coefficients réels positifs et fy une fonction continue monotone est une estimation de la composante Fy de la force appliquée.
8. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, les azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+ ° et 180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact,
I l 9 9
Vi et V2 étant les valeurs mesurées à ces azimuts sur le premier flanc, et Vi et V2 les valeurs mesurées à ces azimuts sur le second flanc, fn(gιVι 1-g2V2 1-hιVι2+h2V2 2) où gi, g2, hi et h2 sont des coefficients réels positifs et fn une fonction continue monotone est une estimation du couple d'auto-alignement N.
9. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle on recherche une différence de charge portée par chacun des flancs à partir des mesures d'extension ou de contraction circonférentielle, pour estimer l'angle de carrossage.
10. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, à partir des mesures d'extension ou de contraction circonférentielle, on recherche une contribution due au fonctionnement pneumatique distincte d'une contribution due au fonctionnement structurel pour estimer la pression.
11. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle on utilise au moins trois mesures d'extension ou de contraction circonférentielle dans un seul flanc du pneumatique.
12. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle, les azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact, et Vi et V2 étant les valeurs mesurées en ces autres azimuts, fx(r2V2-rιVι) où ri et Ï sont des coefficients réels positifs et fx une fonction continue monotone est une estimation de Fx.
13. Méthode selon la revendication 2 dans laquelle, un des azimuts correspondant au milieu de l'aire de contact (azimut 180°) et Vc la valeur mesurée à cet azimut, les autres azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact, et Vi et V2 étant les valeurs mesurées en ces autres azimuts, fz(scVc-(sιVι+S2V2)) où Si, s2 et sc sont des coefficients réels positifs et fz une fonction continue monotone est une estimation de Fz.
14. Méthode selon la revendication 2 dans laquelle, un des azimuts correspondant au milieu de l'aire de contact (azimut 180°) et Vc la valeur mesurée à cet azimut, les autres azimuts de mesure étant choisis de façon symétrique par rapport à l'azimut du centre de l'aire de contact (180°+α° et 180°-α°), avec α différent de α0, où α0 est l'azimut en entrée de l'aire de contact, et Vi et V2 étant les valeurs mesurées en ces autres azimuts, fy(ucVc+uιVι+U2V2) où ui, U2 et uc sont des coefficients réels positifs et fy une fonction continue monotone est une estimation de Fy.
15. Méthode de détermination d'au moins une des caractéristiques choisies parmi les trois composantes d'une résultante d'efforts exercés par la chaussée sur l'aire de contact d'un pneumatique et le couple d'auto-alignement généré par le pneu et le carrossage et la pression, comprenant les étapes suivantes :
• déterminer les azimuts de mesure et recueillir les valeurs de l'extension circonférentielle du ou des flancs lors de sollicitations variées du pneumatique choisies de façon à couvrir tout le domaine dans lequel l'évaluation de la ou des caractéristiques choisies sera permise en utilisation normale, les sollicitations choisies provoquant tous les couplages susceptibles d'être rencontrés lors d'une utilisation normale,
• relever des valeurs mesurées et de la ou des caractéristiques choisies qui y sont associées (obtenus par un autre moyen de mesure) pour constituer une base d'apprentissage, • déterminer les coefficients d'une fonction d'interpolation permettant d'établir un lien entre les grandeurs mesurées et les valeurs de la ou des caractéristiques choisies à partir de la base d'apprentissage,
• tester la fonction d'interpolation en confrontant les estimations de la ou des caractéristiques choisies aux valeurs indiquées par un autre moyen de mesure.
16. Méthode de détermination selon la revendication 15, dans laquelle la fonction d'interpolation est un réseau à une couche de neurones cachés et une couche de neurones de sortie.
17. Méthode de détermination selon la revendication 15 ou 16, utilisée pour déterminer les coefficients de l'une des méthodes selon les revendications 5 à 8 et 12 à 14.
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