WO2006010680A1 - Estimation du coefficient d'adhérence maximal à partir de la mesure de contraintes dans la bande de roulement d'un pneu - Google Patents
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- WO2006010680A1 WO2006010680A1 PCT/EP2005/052987 EP2005052987W WO2006010680A1 WO 2006010680 A1 WO2006010680 A1 WO 2006010680A1 EP 2005052987 W EP2005052987 W EP 2005052987W WO 2006010680 A1 WO2006010680 A1 WO 2006010680A1
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- G01M17/00—Testing of vehicles
- G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
- G01M17/02—Tyres
Definitions
- the present invention relates to the evaluation of the adhesion of a vehicle on a roadway. It relates more particularly to the determination of maximum adhesion characteristics between the roadway and a vehicle wheel, equipped with an elastic bandage such as an inflated tire or a non-pneumatic elastic bandage which rolls on the roadway.
- the present invention also relates to the various electronic assistance devices used for example for the anti-lock brake system of a vehicle or the anti-skid regulation of the driving wheels, the control of the trajectory of a vehicle or for other forms of control or surveillance such as tire pressure. It is known that such devices reconstruct by calculation the coefficient of adhesion ( ⁇ ) of the tires on the road, without having made any measurement of the coefficient of adhesion or the forces developed in the contact of the tires on the ground. Even if these devices provide outstanding assistance and extra safety, their operation would greatly benefit from using a measured value, or estimated from actual measurements made on the tire in operation, mainly a value representative of the maximum coefficient of adhesion available in real time.
- the patent application FR2835919 proposes to obtain an estimate of the maximum coefficient of adhesion from flank measurements. This approach is therefore indirect since the phenomenon of adhesion occurs in the ground contact footprint.
- the patent application WO 02/32733 A1 proposes to calculate micro-slip of the tire in the contact area from the speed. This approach is even more indirect since we are more in the tire itself and we do not see what gain in precision could be obtained compared to the means currently in use.
- US Patent No. 5864056 makes measurements in a tread element by means of strain gauges but does not explain how to process the signals thus read.
- the patent application EP 0937615 A2 proposes to carry out deformation measurements in elements of the tread and illustrates the shape of the curves obtained in the case of a dry soil and moist soil.
- the slope reduction of the S-signal measured in the tread element in particular the appearance of a horizontal bearing, would be linked to a decrease in adhesion.
- this is only visible when the adhesion is already very low, or even zero, and can therefore not provide a sufficiently preventive warning.
- the various electronic assistance devices mentioned above would therefore benefitfully use "real-time" indications on the conditions of adhesion may affect the behavior of a vehicle, especially in the case where it undergoes a acceleration by motor effort or by force exertion or by change of direction of displacement.
- the invention aims to provide a method of achieving this effectively.
- tread making it possible to measure at least the tangential stresses experienced locally by the tread when the tire is rolling on the ground, comprising a signal processing unit, means of transmission to the processing unit of at least one signal delivered by said tread sensor, wherein the processing unit comprises means for locating in the signal the values corresponding to the passage of the sensor in the contact area of the tire on the ground, means for calculating a momentary value of a preselected criterion according to a series of values chosen in those relating to a passage of the sensor in the contact area, means for extracting an estimate of the coefficient of adhesion max. imal ⁇ using said momentary value.
- the invention proposes the means of finding the information "maximum adherence coefficient ⁇ " from an acquisition of measurements made during the passage in the ground contact area of a fixed point. of the tread.
- This acquisition of measurements is used to calculate a value conventionally called “momentary value” because it does not correspond to a particular point or moment but to a calculation reflecting the situation prevailing in all or part of the area of contact.
- This calculation uses a mathematical function called “Criterion”.
- Several "Criteria” can be exploited. It is preselected one or more once and for all according to a particular application (for example, a particular tire on a particular vehicle). Then said one or more momentary values are injected into a mathematical function (which itself may be the image of the preselected Criterion (s) or may be an appropriate correlation) to obtain an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ .
- FIG. 1 illustrates the implementation of a sensor in the tread of a tire
- FIG. 2 is a block diagram illustrating the signal processing proposed by the invention
- FIG. 3 gives stress simulation results ⁇ (x) in the longitudinal direction
- FIGS. 4A to 4F illustrate the influence of different parameters for a particular criterion
- FIGS. 18A to 18D illustrate the correlation between the value of a thirteenth criterion called "second-order polynomial of the derivative of ⁇ (x)" and the value of the maximum adhesion coefficient ⁇ ;
- the block “3" allows to determine an estimate of the maximum coefficient of adhesion ⁇ based on one or a few momentary values.
- the system according to the invention comprises a stage (block 3) making it possible to make a correlation between the value or values of one or more criteria and the value of the coefficienj: maximum adherence ⁇ , by means of stored curves, established experimentally or by means of mathematical models (example: linear model, polynomial or network of neurons) whose coefficients have been adjusted experimentally.
- FIGS. 4A to 4F the measurements corresponding to these FIGS. 4A to 4F were made on a test machine called a ground plane rolling machine on which the ground of rolling consists of a steel strip held by two rollers in order to be horizontally scrollable while having a flat contact surface for the tire, the load generated by the tire on the steel strip being supported by a tire mat water under pressure.
- This running mode generates a local phenomenon of flattening the tread of the envelope substantially different from that observed in simulation or on a real floor. This explains why, in FIGS. 4A to 4F, the appearance of the correlation between our criterion called "first order polynomial of ⁇ (x)" and the adhesion differs slightly from that represented in FIGS.
- AdC means "Contact Area”. Both for the indicator proposed above and for all the following, in fact we can proceed to the integration in all or part of the contact area.
- the inflation pressure can very easily be obtained by a specific sensor or obtained from the load (which c3 is a good indicator) and the length of the contact area, which is easily detected on inspection signals ⁇ x and ⁇ y of the minimum / maximum threshold and the signal Oz when this signal is greater than a threshold.
- the running speed is given by ABS sensors or on the basis of the sensor 10 which makes it possible to count the number of wheel turns, and the knowledge of the perimeter development of the tire and the time taken to make a turn.
- the camber could be provided by a specific sensor or by an ad hoc treatment or we can still use other sensors installed in the tire (see example how one can obtain (see references to patent applications WO2003014687A1 and WO2003014693A1 above).
- Figures 5A to 5D illustrate the correlation between the value of a first criterion called "standard deviation of ⁇ (x)" and the value of the maximum coefficient of adhesion ⁇ .
- the standard deviations of the values acquired in the contact area are calculated, ie the zone between the two extrema (of the signal X) (minimum then maximum, or maximum then minimum according to the reference):
- Figures 7A to 7D illustrate the correlation between the value of a second criterion called "maximum value of ⁇ (x)" and the value of the maximum coefficient of adhesion ⁇ .
- FIGS. 9A to 10D illustrate the correlation between the value of a fourth criterion called "n-order polynomial of ⁇ (x)" and the value of the maximum adhesion coefficient ⁇ .
- FIGS. 9A to 9D A first example of this last criterion is illustrated in FIGS. 9A to 9D.
- a straight line is set on the second half of the contact area.
- Figures 1 IA to 1 ID illustrate the correlation between the value of a sixth criterion called "polynomial of order 3 of ⁇ (x)" and the value of the maximum coefficient of adhesion ⁇ .
- a polynomial of order 3 is adjusted on the contact area.
- ⁇ (x) a -x 3 + b - x 2 + c- x + d, adjusted over all or part of the contact area.
- Figures 15A to 15D illustrate the correlation between the value of a tenth criterion called "standard deviation of the derivative of ⁇ (x)" and the value of the maximum coefficient of adhesion ⁇ .
- the standard deviation on the contact area is calculated:
- Figures 17A to 17D illustrate the correlation between the value of a twelfth criterion called "maximum value of the derivative of ⁇ (x)" and the value of the maximum coefficient of adhesion ⁇ .
- maximum value if the convexity is turned upwards
- minimum value if the convexity is turned downwards
- FIGS. 18A to 18D illustrate the correlation between the value of a thirteenth criterion called "second-order polynomial of the derivative of ⁇ (x)” and the value of the maximum adhesion coefficient ⁇ .
- a polynomial of order 2 we fit a polynomial of order 2.
- Figures 19A and 19D illustrate an unsatisfactory criterion. This is the average value of the signal ⁇ (x), calculated over the entire contact area. There are several values of ⁇ for the same value of the criterion, resulting in impossible discrimination.
- the means for extracting an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ of the system according to the invention comprise the selection of a predetermined characteristic curve of evolution of the maximum adhesion coefficient ⁇ as a function of the values of said preselected criterion and identifying on this characteristic curve an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ from said momentary value.
- the means for extracting an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ of the system according to the invention comprise means for calculating an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ from said momentary value and from mathematical equations whose parameters have been adjusted.
- FIG. 20 shows an exemplary embodiment of block 3.
- C ⁇ i, C ⁇ n represent one or more criteria containing the adhesion information, chosen for example from those presented above.
- Ip x is an indicator on the X force applied to the wheel center; h there is an indicator on Y force applied to the wheel center; I F2 is an indicator on the Z force applied to the wheel center; Ip is an indicator of the inflation pressure of the tire; I ⁇ is an indicator of the camber applied to the wheel center; Iv is an indicator of the driving speed; Iu is an indicator of tire wear.
- a unit F has a function taking into account all or some of the Indicator parameters, as well as one or more criteria to deduce the maximum adhesion coefficient ⁇ .
- This function comprises means for selecting, according to the chosen indicators, a predetermined characteristic curve of evolution of the maximum adhesion coefficient ⁇ as a function of the values of said preselected "adhesion" criterion, and this function comprises means for deriving from said momentary value an estimate of the maximum adhesion coefficient ⁇ (see explanation of each criterion above).
- this function comprises for example mathematical models (for example, linear model, polynomial or neural network) whose coefficients have been adjusted experimentally or theoretically.
Landscapes
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Abstract
Système d'estimation du coefficient d'adhérence maximal µ dans l'aire de contact d'un pneu sur une chaussée, comportant un pneu dont la bande de roulement est équipée d'au moins un capteur de bande de roulement permettant de mesurer au moins les contraintes tangentielles que subit localement la bande de roulement lorsque le pneu roule sur le sol, comportant une unité de traitement de signaux, des moyens de transmission à l'unité de traitement d'au moins un signal délivré par ledit capteur de bande de roulement, dans lequel l'unité de traitement comporte des moyens pour repérer dans le signal les valeurs correspondant au passage du capteur dans l'aire de contact du pneu sur le sol, des moyens pour calculer une valeur momentanée d'un critère présélectionné en fonction d'une série de valeurs choisies dans celles relatives à un passage du capteur dans l'aire de contact, des moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal µ en utilisant ladite valeur momentanée.
Description
Estimation du coefficient d'adhérence maximal à partir de la mesure de contraintes dans la bande de roulement d'un pneu.
[0001] La présente invention se rapporte à l'évaluation de l'adhérence d'un véhicule sur une chaussée. Elle concerne plus particulièrement la détermination de caractéristiques d'adhérence maximale entre la chaussée et une roue de véhicule, équipée d'un bandage élastique tel qu'un pneu gonflé ou un bandage élastique non pneumatique qui roule sur la chaussée.
[0002] 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 pneus. On sait que de tels dispositifs reconstruisent par calcul le coefficient d'adhérence (μ) des pneus sur la chaussée, sans avoir procédé à la moindre mesure ni du coefficient d'adhérence ni des efforts développés dans le contact des pneus au sol. Même si ces dispositifs apportent une assistance remarquable et un surcroît de sécurité, leur fonctionnement gagnerait beaucoup à utiliser une valeur mesurée, ou estimée à partir de mesures réelles effectuées sur le pneu en fonctionnement, principalement une valeur représentative du coefficient d'adhérence maximale disponible en temps réel.
[0003] La demande de brevet FR2835919 propose d'obtenir une estimation du coefficient d'adhérence maximale à partir de mesures en flanc. Cette approche est donc indirecte puisque le phénomène d'adhérence se passe dans l'empreinte de contact au sol. La demande de brevet WO 02/32733 Al propose de calculer des micro-glissements du pneumatique dans l'aire de contact à partir de la vitesse. Cette approche est plus indirecte encore puisque l'on est plus dans le pneumatique lui-même et l'on ne voit donc pas quel gain en précision on pourrait ainsi obtenir par rapport aux moyens en usage actuellement. Le brevet US 5864056 d'effectuer des mesures dans un élément de la bande de roulement au moyen de jauges de contraintes mais n'explique pas comment traiter les signaux ainsi relevés. La demande de brevet EP 0937615 A2 propose d'effectuer des mesure de déformations dans des éléments de la bande de roulement et illustre l'allure des courbes obtenues dans le cas d'un sol sec et
d'un sol humide. Selon ce document, la réduction de pente du signal en S mesuré dans l'élément de la bande de roulement, en particulier l'apparition d'un palier horizontal, serait liée à une diminution de l'adhérence. Cependant, ceci n'est visible que lorsque l'adhérence est déjà très faible, voire nulle, et ne peut donc fournir une alerte suffisamment préventive.
[0004] C'est pourquoi l'objectif de la présente invention est de proposer une évaluation de l'adhérence maximale disponible d'un véhicule qui roule sur une chaussée, plus précisément de ses roues ou pneus ou bandages élastiques non pneumatiques, termes considérés comme équivalents dans le contexte de la présente invention.
[0005] Les divers dispositifs d'assistance électronique évoqués ci-dessus profiteraient donc utilement d'indications « en temps réel » sur les conditions d'adhérence susceptibles d'affecter le comportement d'un véhicule, notamment dans le cas où il subit une accélération par effort moteur ou par effort fteineur ou par changement de direction de déplacement. L'invention vise à fournir une méthode d'y parvenir de manière efficace.
[0006] Dans le but d'effectuer les mesures nécessaires à l'estimation du coefficient d'adhérence maximal, il a déjà été proposé d'équiper la bande de roulement d'un pneu, ou certains éléments de la bande de roulement spécialement adaptés, de capteurs destinés à mesurer ou à estimer les efforts générés localement, en particulier en conditions de glissement. Ainsi, le lecteur peut se reporter au brevet US 6,666,079. Encore faut-il être capable d'extraire des signaux délivrés par de tels capteurs l'information pertinente pour estimer le coefficient d'adhérence maximal. C'est l'objectif de la présente invention.
[0007] L'invention propose d'estimer le coefficient d'adhérence maximal μ d'un pneu à partir des contraintes mesurées dans la sculpture, par exemple dans un pain situé sensiblement au centre de la bande de roulement ou à partir d'une autre mesure donnant l'image des contraintes, c'est à dire pouvant être corrélée aux contraintes comme la déformation, ce qui dans le contexte de l'invention doit être considéré comme identique.
[0008] L'invention propose un système d'estimation du coefficient d'adhérence maximal μ dans l'aire de contact d'un pneu sur une chaussée, comportant un pneu dont la bande de roulement est équipée d'au moins un capteur de bande de roulement permettant de mesurer au moins les contraintes tangentielles que subit localement la bande de roulement lorsque le pneu roule sur le sol, comportant une unité de traitement de signaux, des moyens de transmission à l'unité de traitement d'au moins un signal délivré par ledit capteur de bande de roulement, dans lequel l'unité de traitement comporte des moyens pour repérer dans le signal les valeurs correspondant au passage du capteur dans l'aire de contact du pneu sur le sol, des moyens pour calculer une valeur momentanée d'un critère présélectionné en fonction d'une série de valeurs choisies dans celles relatives à un passage du capteur dans l'aire de contact, des moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ en utilisant ladite valeur momentanée.
[0009] Autrement dit, l'invention propose les moyens de retrouver l'information « coefficient d'adhérence maximal μ » à partir d'une acquisition de mesures faites pendant le passage dans l'aire de contact au sol d'un point fixe de la bande de roulement. On utilise pour cela cette acquisition de mesures pour calculer une valeur conventionnellement appelée « valeur momentanée » parce qu'elle ne correspond pas à un point particulier ou à un instant donné mais à un calcul reflétant la situation prévalant dans tout ou partie de l'aire de contact. Ce calcul fait appel à une fonction mathématique appelée « Critère ». Plusieurs « Critères » peuvent être exploités. On en présélectionne un ou plusieurs une fois pour toutes en fonction d'une application particulière visée (par exemple tel pneu particulier sur tel véhicule particulier). Puis on injecte ladite ou lesdites valeurs momentanées dans une fonction mathématique (qui elle-même peut être l'image du ou des Critères présélectionnés ou peut être une corrélation appropriée) pour obtenir une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ.
[0010] La suite de la description explique plus en détails l'invention à l'aide des figures jointes dans lesquelles :
- la figure 1 illustre l'implantation d'un capteur dans la bande de roulement d'un pneu;
- A -
- la figure 2 est un schéma bloc illustrant le traitement de signaux proposé par l'invention ;
- la figure 3 donne des résultats de simulation de contrainte σ(x) de cisaillement dans la direction longitudinale ;
- la figure 3A donne des relevés de mesure de contrainte σ(x) de cisaillement dans la direction longitudinale ;
- les figures 4A à 4F illustrent l'influence de différents paramètres pour un critère particulier ;
- les figures 5A à 5D illustrent la corrélation entre la valeur d'un premier critère dit « écart-type de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 6A à 6D illustrent la corrélation entre la valeur d'un premier critère dit « énergie de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 7A à TD illustrent la corrélation entre la valeur d'un deuxième critère dit « valeur maxi de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 8A à 8D illustrent la corrélation entre la valeur d'un troisième critère dit « valeur mini de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 9A à 9D illustrent la corrélation entre la valeur d'un quatrième critère dit «polynôme d'ordre 1 de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 10A à 10D illustrent la corrélation entre la valeur d'un cinquième critère dit «polynôme d'ordre 2 de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures HA à HD illustrent la corrélation entre la valeur d'un sixième critère dit «polynôme d'ordre 3 de σ(x) >> et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 12A à 12D illustrent la corrélation entre la valeur d'un septième critère dit « amplitude de la première harmonique de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 13 A à 13D illustrent la corrélation entre la valeur d'un huitième critère dit « amplitude de la deuxième harmonique de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 14A à 14D illustrent la corrélation entre la valeur d'un neuvième critère dit « valeur moyenne de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 15A à 15D illustrent la corrélation entre la valeur d'un dixième critère dit « écart-type de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 16A à 16D illustrent la corrélation entre la valeur d'un onzième critère dit « énergie de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 17A à 17D illustrent la corrélation entre la valeur d'un douzième critère dit « valeur maxi de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 18A à 18D illustrent la corrélation entre la valeur d'un treizième critère dit « polynôme d'ordre 2 de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ ;
- les figures 19A et 19D illustrent un critère non satisfeisant ;
- la figure 20 est un schéma bloc illustrant une mise en œuvre particulière de l'invention .
[0011] A la figure 1, on a schématisé une bande de roulement (d'un pneu, d'un bandage élastique non pneumatique, d'une chenille, ...) ayant un bloc 1 équipé d'un capteur 10 implanté à la base du bloc 1 et par dessus les nappes de renforcement 2. Pour plus de détails concernant le capteur utilisé dans le système illustrant la présente invention, le lecteur est invité à se reporter au brevet US 6,666,079 cité ci-dessus, dont la description est incorporée ici par référence. Le schéma de la figure 2 montre le système selon l'invention, dont le bloc « 1 » utilise un capteur évoqué ci-dessus pour obtenir des signaux contenant les mesures de contrainte σx (cisaillement dans la direction longitudinale), les mesures de contrainte σy (cisaillement dans la direction transversale) et les mesures de contrainte σz (compression dans la direction normale à la surface du sol). Un second bloc « 2 » effectue différents traitements de signaux qui
vont être expliqués en détails ci-dessous, sur la base de signaux délivrés par le bloc « mesures », et éventuellement sur la base d'autres signaux Sl, S2, S3 ... Sn donnant des informations sur la charge du pneu, sa pression de gonflage, le couple moteur ou freineur transmis par le pneu, l'angle de dérive ou l'effort latéral Fy, la vitesse de rotation, faisant appel aux « Critères » et dont on donnera les détails ci-dessous.
[0012] Le bloc « 2 » est une unité de traitement de signaux qui peut être implantée par exemple dans le véhicule alors que le capteur 10 ainsi qu'éventuellement d'autres capteurs utilisés pour l'un ou l'autre des signaux Sl à Sn sont implantés dans le pneu. Le système selon l'invention comporte donc des moyens de communication entre pneu et véhicule dont l'homme du métier connaît les différentes formes possibles. A titre d'illustration, indiquons simplement que la demande de brevet EP 1350640 illustre un élément important de ces moyens de communication, à savoir une antenne à implanter dans un pneumatique.
[0013] Enfin, le bloc « 3 » permet de déterminer une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ sur la base d'une ou de quelques valeurs momentanées. Le système selon l'invention comporte un étage (bloc 3) permettant de faire une corrélation entre la ou les valeurs d'un ou de plusieurs critères et la valeur du coefficienj: d'adhérence maximal μ, grâce à des courbes mémorisées, établies expérimentalement ou grâce à des modèles mathématiques (exemple: modèle linéaire, polynomial ou réseau de neurones) dont les coefficients ont été ajustés expérimentalement.
[0014] Revenons sur les mesures de contraintes tangentielles, et en particulier sur les mesures de contraintes longitudinales, c'est à dire orientées circonférentiellement. La figure 3 illustre des résultats de simulation de contrainte σ(x) de cisaillement dans la direction longitudinale en fonction de la position angulaire du capteur dans une référence conventionnelle par laquelle le capteur est à 0° lorsqu'il est tout à l'opposé de l'aire de contact, et franchit la verticale élevée perpendiculairement au sol en passant par l'axe de rotation du pneu. On utilise des outils de simulations exploitant les calculs par éléments finis, domaine bien connu de l'homme du métier.
[0015] Les résultats sont ceux obtenus pour un même pneu, identique à un pneu Michelin ® Energy XHl 195-65 R 15, sauf sa bande de roulement qui est adaptée
pour recevoir un capteur d'effort sous un élément de sculpture de forme générale carrée (voir figure 1) dans les mêmes conditions de roulage (plus précisément ici à 60 km/h, soumis à une charge de 430 daN, en roulage libre, c'est à dire sans couple moteur ou freineur ni carrossage ni dérive), et pour différents niveaux d'adhérence. On voit que le capteur entre dans l'aire de contact au sol lorsqu'il arrive environ à l'azimut 165° et qu'il en sort environ à l'azimut 195°. Le repère « A » indique que l'on a choisi d'exploiter comme il va être expliqué ci-dessous les mesures acquises entre l'azimut 162° et 192°. Sur un pain central (selon y) dans l'aire de contact, la figure 3 donne l'allure des contraintes en X correspondantes au point de mesure, suivant le μ dont les valeurs sont indiquées sur la figure 3, avec φ l'azimut en degrés (180° est le centre longitudinal de l'aire de contact au sol -encore appelée empreinte-) et σx la contrainte en X en daN/mm2 et μ le niveau d'adhérence.
[0016] La figure 3A illustre des relevés de mesure de contrainte σ(x) de cisaillement, établis dans les mêmes conditions, sauf pour le coefficient d'adhérence qui, pour les pistes réelles utilisées, varie de 0.40 à 1.20 comme indiqué dans le cadre figurant au coin supérieur droit de la figure. Les chiffres sur l'axe des abscisses peuvent être traduits directement en azimut, à un coefficient multiplicateur près. On voit que les différentes courbes qui correspondent à différents sols ont une allure fort
J1S, proche de celles obtenues par simulation^
[0017] Avant d'aborder en détail les opérations effectuées dans le bloc « 2 », nous anticipons quelque peu sur la suite pour illustrer l'influence de paramètres dont il faut de préférence tenir compte. Les figures 4A à 4F illustrent, pour un Critère appelé « polynôme d'ordre 1 de σ(x) », l'influence respectivement des paramètres couple transmis (influence significative, fig. 4A), angle de dérive (ou, ce qui serait équivalent, force Fy, -influence significative, fig. 4B-), angle de carrossage du pneu (influence négligeable, fig. 4C), charge du pneu (fig. 4D), pression du pneu (fig. 4E, en fait, pression et charge sont deux expressions d'un même phénomène physique, dont l'influence est significative), vitesse du pneu (fig. 4F, faible influence dans la gamme de vitesse testée ici), .
[0018] II faut noter que les mesures correspondant à ces figures 4A à 4F ont été réalisées sur une machine de test appelée rouleuse sol plan sur laquelle le sol de
roulage est constitué d'une bande d'acier tenue par deux rouleaux pour pouvoir défiler de façon horizontale tout en présentant une surface de contact plane pour le pneu, la charge générée par le pneu sur la bande d'acier étant supportée par un tapis d'eau sous pression. Ce mode de roulage génère un phénomène local de mise à plat de la bande de roulement de l'enveloppe sensiblement différent de celui que l'on observe en simulation ou sur un sol réel. Ceci explique que, aux figures 4A à 4F, l'allure de la corrélation entre notre critère appelé « polynôme d'ordre 1 de σ(x) » et l'adhérence diffère légèrement de celle représentée sur les figures 9A à 9D, bien que le critère "adhérence" soit identique. Cette différence concerne seulement la zone de forte adhérence et n'empêche cependant pas de quantifier l'influence des paramètres de roulage (charge, pression, etc. ...) qui résulte, elle, de la mécanique globale du pneumatique et n'est que peu influencée par une mise à plat localement différente.
[0019] Pour pouvoir corréler les mesures à l'adhérence, il est utile d'avoir au moins certaines informations sur les conditions courantes de roulage du pneu, sauf à pouvoir considérer comme constantes ces conditions. Par exemple, ce serait le cas d'une remorque de mesure telle que celles utilisées par des laboratoires, ces remorques étant équipées de systèmes permettant de maintenir les conditions de roulage constantes ou de repérer les phases de roulage dans lesquelles ces conditions sont constantes.
[0020] Mais dans les applications aux véhicules courants, il est donc préférable de tenir compte au moins de ceux des paramètres ayant une influence assez grande sur la corrélation entre les critères et l'adhérence. On peut dans cette optique utiliser les mêmes signaux délivrés par le capteur 10 auxquels on applique un traitement ad hoc ou on peut encore utiliser d'autres capteurs implantés dans le pneu (voir par exemple comment on peut obtenir Fx, Fy, Fz, P et le carrossage par des mesures de contrainte en zone basse en consultant la demande de brevet WO2003/014687-A1 ou par des mesures d'extension dans le flanc en consultant la demande de brevet WO2003/014693-A1) ou ailleurs (mesures dynamométriques sur la roue, information provenant de la gestion du moteur de propulsion, de capteurs ABS, de capteurs implantés dans la liaison au sol).
[0021] En ce qui concerne les signaux Sl à Sn, on peut obtenir l'information que l'on recherche sur les paramètres de fonctionnement du pneu par des traitements ad hoc effectués sur les signaux délivrés par le capteur 10, sachant que le capteur proposé dans le brevet US 6,666,079 cité ci-dessus donne, outre les mesures de σ(x), des mesures de σ(y) -direction parallèle à l'axe de rotation du pneu- et de σ(z) -direction perpendiculaire au sol-, remarquons que :
• Un bon indicateur de l'effort Fx appliqué au centre roue est donné par i = Jσ; dx
AdC
La notation "AdC" signifie « Aire de Contact ». Aussi bien pour l'indicateur proposé ci-dessus que pour tous les suivants, en fait on peut procéder à l'intégration dans tout ou partie de l'aire de contact.
• Un bon indicateur de l'effort Fy dû à la dérive, appliquée au centre roue, est donné par c2 = fσ rώc
AdC
• Un bon indicateur de la charge Fz appliquée au centre roue est donné par
la pression de gonflage peut très facilement être obtenue par un capteur spécifique ou obtenue à partir de la charge (dont c3 est un bon indicateur) et de la longueur de l'aire de contact, ce que l'on détecte facilement à l'inspection des signaux σx et σy de seuil mini/maxi et du signal Oz lorsque celui-ci est supérieur à un seuil.
la vitesse de roulage est donnée par des capteurs ABS ou sur la base du capteur 10 qui permet de compter le nombre de tour de roue, et de la connaissance du développement périmétrique du pneu et du temps mis pour faire un tour.
le carrossage pourrait être fourni par un capteur spécifique ou par un traitement ad hoc ou on peut encore utiliser d'autres capteurs implantés dans le pneu (voir par
exemple comment on peut obtenir (voir les références aux demandes de brevet WO2003014687A1 et WO2003014693A1 ci-dessus).
[0022] D'autres informations peuvent encore concourir à l'amélioration de la précision de l'estimation du coefficient d'adhérence maximal μ, comme le niveau d'usure du pneumatique.
[0023] Passons maintenant à l'illustration de différents Critères, qui vont servir à calculer ladite valeur momentanée. Tous ces critères sont illustrés à l'aide des figures 5A à 19D sur lesquelles ont peut lire les corrélations (ou l'absence de corrélation pour les dernières), et sont appliqués au signal σx seulement. Chaque graphe représente une condition différente pour l'obtention des données :
• « Pistes 30 km/h » ou « Pistes 60 km/h » signifie essai réel sur une piste d'essai, au moyen du pneu indiqué ci-dessus que l'on fait rouler à la vitesse indiquée, la charge étant celle indiquée ci-dessus (voir description de la figure 3A),
• « Simulation Z = 240 daN » ou « Simulation Z = 400 daN » signifie qu'il s'agit d'un résultat obtenu par simulation, la charge retenue étant celle indiquée.
[0024] Les figures 5A à 5D illustrent la corrélation entre la valeur d'un premier critère dit « écart-type de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ.
On calcule les écarts-type des valeurs acquises dans l'aire de contact, soit la zone comprise entre les deux extrema (du signal X) (minimum puis maximum, ou maximum puis minimum selon le repère) :
Critère J' écart- type" = I j(px -Gx) dx où σx = joxώc
V "^ AdC AdC ^1AdC AdC
[0025] Comme déjà indiqué à propos des indicateurs, la notation "AdC" signifie « Aire de Contact ». Aussi bien pour le critère proposé ci-dessus que pour tous les suivants, en fait on peut procéder à l'intégration dans tout ou partie de l'aire de contact. Ainsi, par exemple, dans le système selon l'invention, les moyens pour repérer dans le signal les valeurs correspondant au passage du capteur dans l'aire de contact du pneu sur le sol comportent la détection du maximum et du minimum de σ(x). Avantageusement, les valeurs sont prises entre ledit maximum et ledit minimum.
[0026] Les figures 6A à 6D illustrent la corrélation entre la valeur d'un premier critère dit « énergie de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule les énergies en jeu dans l'aire de contact. Une énergie correspond à la somme des carrés des valeurs. D'où :
Critère _" énergie" '= Jσ/dfc
AdC
[0027] Les figures 7A à 7D illustrent la corrélation entre la valeur d'un deuxième critère dit «valeur maximale de σ(x) >> et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule :
Critère " valeur max" = maxfσ „ )
— AdC X
[0028] Les figures 8A à 8D illustrent la corrélation entre la valeur d'un troisième critère dit « valeur minimale de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule :
Critère " valeur min" = min (σ x )
- AdC V X J
[0029] Les figures 9 A à 10D illustrent la corrélation entre la valeur d'un quatrième critère dit « polynôme d'ordre n de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. Le critère est le poids_« a » du terme d'ordre le plus élevé, à savoir la valeur du poids « a » d'un polynôme d'ordre n σ(x) = a • x11 + b • x11"1 + c • x11'2 + ... + u, ajusté sur une partie au moins de l'aire de contact.
[0030] Un premier exemple de ce dernier critère est illustré aux figures 9A à 9D. On ajuste une droite sur la deuxième moitié de l'aire de contact. On considère alors le terme d'ordre le plus élevé (Critère_« polynôme d'ordre 1 » = a), ce qui correspond à une sorte de « pente moyenne du signal ». Au lieu de prendre la 2ème moitié de l'aire de contact, on pourrait prendre toute zone "continue" de l'aire de contact. On calcule : σ (x) = a -x + b , ajusté sur tout ou partie de l'aire de contact.
[0031] Un deuxième exemple de ce dernier critère est illustré aux figures 10A à 10D, qui illustrent la corrélation entre la valeur du critère (cinquième critère) dit « polynôme d'ordre 2 de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On ajuste un polynôme d'ordre 2 sur la deuxième moitié de l'aire de contact. On
considère alors le terme d'ordre le plus élevé (Critère_« polynôme d'ordre 2 » = a), ce qui correspond à une sorte de « convexité moyenne du signal ». Au lieu de prendre la 2ème moitié de l'aire de contact, on pourrait prendre toute zone "continue" de l'aire de contact. On calcule : σ (x) = a -x2 +b - x + c , ajusté sur tout ou partie de l'aire de contact.
[0032] Dans le même esprit, les figures 1 IA à 1 ID illustrent la corrélation entre la valeur d'un sixième critère dit « polynôme d'ordre 3 de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On ajuste un polynôme d'ordre 3 sur l'aire de contact. On considère alors le terme d'ordre le plus élevé (Critère_« polynôme d'ordre 3 » = a), ce qui correspond à une sorte de « cùbicité moyenne du signal ». On calcule : σ (x) = a -x3 +b - x2 +c- x + d , ajusté sur tout ou partie de l'aire de contact.
[0033] Les figures 12A à 12D illustrent la corrélation entre la valeur d'un septième critère dit « première harmonique de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On effectue une décomposition en série de Fourier du signal σ(x) représentant l'évolution des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact, l'opération de décomposition en série de Fourier étant bien connue de l'homme du métier, et on prend comme critère l'amplitude de la première harmonique (coefficient ai),
σ(x) = a0 + Tat -sin(2π/; +φ,) avec ft = i *— M A
(où A est la longueur de la zone d'aire de contact choisie pour le calcul).
[0034] Les figures 13A à 13D illustrent la corrélation entre la valeur d'un huitième critère dit « deuxième harmonique de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On effectue une décomposition en série de Fourier du signal σ(x) représentant l'évolution des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact, et on prend comme critère l'amplitude de la deuxième harmonique (coefficient 212),
OO J o(x) = a0 + Tai -sin(2πfi +φi) avec /, =»*— M A
(où A est la longueur de la zone d'aire de contact choisie pour le calcul).
[0035] Les figures 14A à 14D illustrent la corrélation entre la valeur d'un neuvième critère dit « valeur moyenne de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule la valeur moyenne de la dérivée des contraintes X sur l'aire de contact :
Critère " valeur moyenne de la dérivé" = J — —dx
^Adc AdC dx
[0036] Les figures 15A à 15D illustrent la corrélation entre la valeur d'un dixième critère dit « écart-type de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule Fécart-type sur l'aire de contact :
où
[0037] Les figures 16A à 16D illustrent la corrélation entre la valeur d'un onzième critère dit « énergie de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. On calcule l'énergie sur l'aire de contact :
Critère " énergie delà dérivé' '= f — — dx
AdC
[0038] Les figures 17A à 17D illustrent la corrélation entre la valeur d'un douzième critère dit « valeur maxi de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. Sur la zone définie précédemment, on calcule la valeur maximale (si la convexité est tournée vers le haut), ou bien la valeur minimale (si la convexité est tournée vers le bas) :
Critère "valeur maxi de la dérivé" = max( — — ) ou min( — — )
Adc dx MC X dx
[0039] Un autre critère présélectionné possible est la valeur du poids « a » d'un polynôme d'ordre n dσ(x)/dx = a • xn + b • x""1 + c • x11'2 + ... + u, ajusté sur les valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact Par
exemple, les figures 18A à 18D illustrent la corrélation entre la valeur d'un treizième critère dit « polynôme d'ordre 2 de la dérivé de σ(x) » et la valeur du coefficient d'adhérence maximal μ. Sur la zone définie précédemment, nous ajustons un polynôme d'ordre 2. Nous considérons alors le terme d'ordre le plus élevé (Critère_« polynôme d'ordre 2 de la dérivé » = a), ce qui correspond à une sorte de « convexité moyenne du signal ». On calcule :
— —(x) = a - x2 +b - x + c ajusté sur tout ou partie de l'aire de contact. dx
[0040] Les figures 19A et 19D illustrent un critère non satisfaisant. Il s'agit de la valeur moyenne du signal σ(x), calculée sur toute l'aire de contact. Il existe plusieurs valeurs de μ pour une même valeur du critère, d'où une discrimination impossible.
[0041] En ce qui concerne le bloc « 3 », il procède à l'étape d'estimation du coefficient d'adhérence maximal μ sur la base d'une ou de quelques valeurs momentanées. De feçon avantageuse, les moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ du système selon l'invention comportent la sélection d'une courbe caractéristique prédéterminée d'évolution du coefficient d'adhérence maximal μ en fonction des valeurs dudit critère présélectionné et l'identification sur cette courbe caractéristique d'une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ à partir de ladite valeur momentanée. Dans une mise en œuvre particulière, c'est chaque fois la courbe qui illustre chacun des critères présentés ci- dessus. En variante, les moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ du système selon l'invention comportent des moyens pour calculer une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ à partir de ladite valeur momentanée et d'équations mathématiques dont les paramètres ont été ajustés.
[0042] La figure 20 présente un exemple de réalisation du bloc 3. On note que Cμi, Cμn représentent un ou plusieurs critères contenant l'information adhérence, choisis par exemple parmi ceux présentés ci-dessus. On a vu qu'il est utile (à des degrés divers) de disposer d'indicateurs de certains des paramètres de fonctionnement du pneu comme la charge, la pression du pneu, l'angle de carrossage du pneu, la vitesse du pneu, le couple transmis et l'angle de dérive ou la poussée latérale Fy. Ipx est un indicateur sur la force X appliquée au centre roue ; hy est un indicateur sur la
force Y appliquée au centre roue ; IF2 est un indicateur sur la force Z appliquée au centre roue ; Ip est un indicateur de la pression de gonflage du pneu ; Iγ est un indicateur du carrossage appliqué au centre roue ; Iv est un indicateur de la vitesse de roulage ; Iu est un indicateur de l'usure du pneumatique. Enfin, une unité F comporte une fonction prenant en compte tous les paramètres Indicateurs ou certains d'entre eux, ainsi que un ou plusieurs Critères pour en déduire le coefficient d'adhérence maximale μ.
[0043] Cette fonction comporte des moyens pour sélectionner en fonction des indicateurs choisis une courbe caractéristique prédéterminée d'évolution du coefficient d'adhérence maximal μ en fonction des valeurs dudit critère "adhérence" présélectionné, et cette fonction comporte des moyens pour déduire de ladite valeur momentanée une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ (voir l'explication de chaque critère ci-dessus).
[0044] En variante, cette fonction comporte par exemple des modèles mathématiques (par exemple, modèle linéaire, polynomial ou réseau de neurones) dont les coefficients ont été ajustés expérimentalement ou de manière théorique.
Claims
1. Système d'estimation du coefficient d'adhérence maximal μ dans l'aire de contact d'un pneu sur une chaussée, comportant un pneu dont la bande de roulement est équipée d'au moins un capteur de bande de roulement permettant de mesurer au moins les contraintes tangentielles que subit localement la bande de roulement lorsque le pneu roule sur le sol, comportant une unité de traitement de signaux, des moyens de transmission à l'unité de traitement d'au moins un signal délivré par ledit capteur de bande de roulement, dans lequel l'unité de traitement comporte des moyens pour repérer dans le signal les valeurs correspondant au passage du capteur dans l'aire de contact du pneu sur le sol, des moyens pour calculer une valeur momentanée d'un critère présélectionné en fonction d'une série de valeurs choisies dans celles relatives à un passage du capteur dans l'aire de contact, des moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ en utilisant ladite valeur momentanée.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel des moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ comportent la sélection d'une courbe caractéristique prédéterminée d'évolution du coefficient d'adhérence maximal μ en fonction des valeurs dudit critère présélectionné et l'identification sur cette courbe caractéristique d'une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ à partir de ladite valeur momentanée.
3. Système selon la revendication 1, dans lequel des moyens pour extraire une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ comportent des moyens pour calculer une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ à partir de ladite valeur momentanée et d'équations mathématiques dont les paramètres ont été ajustés.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est Pécart-type des valeurs σ(x) des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la somme des carrés des valeurs σ(x) des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
6. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur maximale des valeurs σ(x) des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur minimale des valeurs σ(x) des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
8. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur du poids « a » d'un polynôme d'ordre n σ(x) = a • xn + b • x11"1 + c • x11"2 + ... + u, ajusté sur une partie au moins de l'aire de contact.
9. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est l'amplitude ai de la première harmonique d'une décomposition en série de Fourier du signal σ(x) représentant l'évolution des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
10. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est l'amplitude a2 de la deuxième harmonique d'une décomposition en série de Fourier du signal σ(x) représentant l'évolution des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
11. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur moyenne des valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
12. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est Fécart-type des valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
13. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la somme des carrés des valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
14. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur maximale des valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
15. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit critère présélectionné est la valeur du poids « a » d'un polynôme d'ordre n dσ(x)/dx = a • x11 + b • x11"1 + c • x11"2 + ... + u, ajusté sur les valeurs de la dérivée dσ(x)/dx des contraintes tangentielles mesurées dans la direction longitudinale, les valeurs étant prises dans une partie au moins de l'aire de contact.
16. Système selon l'une des revendications 2 à 15, dans lequel les moyens pour repérer dans le signal les valeurs correspondant au passage du capteur dans l'aire de contact du pneu sur le sol comportent la détection du maximum et du minimum de σ(x).
17. Système selon la revendication 16, dans lequel les valeurs sont prises entre ledit maximum et ledit minimum.
18. Système selon l'une des revendications 1 ou 2 ou 4 à 17, comportant des indicateurs de certains des paramètres de fonctionnement du pneu choisis dans le groupe constitué par la charge et la pression du pneu et l'angle de carrossage du pneu et la vitesse du pneu et le couple transmis et l'angle de dérive et la poussée latérale Y, et comportant des moyens pour sélectionner en fonction des indicateurs choisis une courbe caractéristique prédéterminée d'évolution du coefficient d'adhérence maximal μ en fonction des valeurs dudit critère "adhérence" présélectionné, et comportant des moyens pour déduire de ladite valeur momentanée une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ.
19. Système selon l'une des revendications 1 ou 3 à 17, comportant des indicateurs de certains des paramètres de fonctionnement du pneu choisis dans le groupe constitué par la charge et la pression du pneu et l'angle de carrossage du pneu et la vitesse du pneu et le couple transmis et l'angle de dérive et la poussée
^latérale Y, et comportant des moyens pour calculer, en fonction 4ss indicateurs choisis et des valeurs dudit critère "adhérence" présélectionné, une estimation du coefficient d'adhérence maximal μ, à l'aide d'équations mathématiques dont les paramètres ont été ajustés.
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