WO2007045787A1 - Procede de validation de la mesure fournie par un accelerometre dans un vehicule automobile et application a l’estimation de la pente - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for validating a measurement of the acceleration ⁇ mes provided by an accelerometer in a motor vehicle. It also relates to an application of said method to the estimation of the slope p of a road on which said motor vehicle moves.
- the invention finds a particularly advantageous application in the field of control of the powertrain (GMP) of motor vehicles.
- the control of the powertrain of a motor vehicle must take into consideration a number of parameters that contribute to the resistive force applied to the vehicle and therefore tend to oppose its movement.
- aerodynamic disturbances such as air penetration and turbulence, friction between the vehicle wheels and the road, as well as those resulting in a loss of efficiency of the power train, and aerodynamic disturbances can be distinguished.
- slope effects such as the slope of the road.
- An object of the invention is to provide an estimator of the slope of the road by measuring the absolute acceleration of the vehicle in the Galilean coordinate system.
- a technical problem to be solved by the object of the present invention is to propose a method for validating a measurement of the acceleration ⁇ mes provided by an accelerometer in a motor vehicle, which would make it possible to obtain a diagnosis of coherence. on the value ⁇ mes measured by said accelerometer and in particular to detect that the acceleration thus measured, and therefore the estimated value of the slope, is erroneous beyond a tolerable limit.
- the solution to the technical problem posed consists, according to the present invention, in that said method comprises the steps of: measuring, in a freewheel phase, an acceleration ⁇ o mes by means of said accelerometer,
- the method according to the invention is based on the verification of the coherence between the value ⁇ o mes of acceleration measured by the accelerometer in freewheeling phase and the value ⁇ o m of redundancy resulting from the model of the freewheeling vehicle. . If this consistency is verified, at the residue threshold, the absence of fault of the accelerometer is then diagnosed and, therefore, the acceleration values it provides can be validated.
- the present invention relates to an application of said method to the estimation of the slope p of a road on which said motor vehicle moves.
- the average value of estimated values of the slope p is validated if the standard deviation on said estimated values is lower than a given threshold, for this the average value of the slope p is compared with a given threshold.
- FIG. 1 is a block diagram of the method according to the invention.
- FIG. 2 is a diagram of a device for implementing the method of FIG. 1.
- FIG. 1 is a diagrammatic representation of a method for validating a measurement of the acceleration ⁇ m ⁇ S provided by an accelerometer in a motor vehicle.
- said method consists, during freewheeling phases of the vehicle, to compare the acceleration ⁇ o m ⁇ S measured by the accelerometer with a value ⁇ o m of the acceleration calculated by means of a model freewheel and vehicle parameters. If the difference between these two accelerations is less than a given residue r, the accelerometer is considered as having no defect, and the acceleration ⁇ mes measured are validated and used in particular to calculate the slope p of the road on which moves the vehicle.
- the accelerometer can be modeled by the following relation:
- Yacc represents the absolute acceleration applied to the accelerometer in the vehicle and ⁇ mes the acceleration effectively measured by the accelerometer.
- the parameters o aC c and ⁇ a are representative of the defects of the accelerometer: o aC c corresponds to the offset of the accelerometer and ⁇ a is the gain on the measurement of the acceleration.
- V eh CGMP - Cokn - RMgp - sign (v ve h) .C e ⁇ t
- J and M represent the total inertia and the mass of the vehicle and R the radius of the wheels.
- Y veh and v veh are respectively the longitudinal acceleration and speed of the vehicle relative to the road.
- CGMP, Cf rem and C ex t are respectively the GMP torque at the wheel, the brake torque and the torque related to the friction,
- p is the slope of the road and is worth sin ⁇ if ⁇ is the angle of the road relative to the horizontal, g is the acceleration of gravity .
- Yacc is C ⁇ / (MR).
- ⁇ m a value of this acceleration, which will be noted ⁇ m , from an estimate C ⁇ mes of the couple engine supplied by the engine and the nominal values M m and R m of mass and wheel:
- r be the residue defined as the difference between the value ⁇ mes of the absolute acceleration provided by the accelerometer and the value ⁇ m calculated according to the model of the vehicle:
- the defects that can be detected are of two kinds: - the Oa offset of the sensor, - an assembly comprising, on the one hand, the gain of the accelerometer and, on the other hand, the errors on the mass, the wheel radius, the GMP torque and the braking torque.
- the detection of a defect equivalent to an offset can be done when the actual absolute acceleration ⁇ acc of the vehicle is zero, that is to say when the torque CT is zero. This situation occurs when the engine torque and the braking torque are equivalent or simultaneously zero. However, according to a usual driving of a motor vehicle, it is unlikely to see a situation in which the engine torque is equivalent to the braking torque, so that the detection of the offset defect is obtained when C G MP and C fre i n are simultaneously zero, therefore when the vehicle is coasting.
- the value of the slope p thus obtained is itself subjected to validation operations.
- an average of the estimated slope values is calculated over a given period of time, then this average value is validated if the standard deviation on said estimated values is less than a given threshold. Similarly, the average value is compared to a given threshold.
- a device for implementing the acceleration measurement and slope estimation validation method is shown in FIG. 2.
- an accelerometer 100 for measuring the absolute acceleration ⁇ mes of the vehicle, as well as a freewheel phase detection block 200 which is intended to ensure that the conditions for calculating the acceleration ⁇ o m according to the freewheeling model are well satisfied.
- the block 200 receives information concerning the absence of a propulsion torque and, more precisely, on the state of the clutch, via means 210 capable of detecting either that the clutch is in position. open for a controlled gearbox, that the clutch pedal is in the depressed position for a mechanical gearbox.
- the block 200 also receives information from an absence of braking detection means 220 comprising means for detecting the brake pedal in the released position, or a means for comparing the pressure of the braking circuit with a threshold given.
- a means 230 for measuring the speed of the vehicle transmits its information to the block 200 in order to compare it to a given threshold (1 km / h for example) and to make sure that the vehicle is in motion.
- Block 300 relates to stopping calculations when they are not checked. This is mainly lateral acceleration information that must remain below a given threshold. This information is provided by a means 310 which can be either another accelerometer or a means of calculation from the vehicle speed and the steering wheel angle.
- a means 320 for detecting the direction of travel informs the block 300 of a possible change in the direction of travel.
- the data from the accelerometer 100 and blocks 200, 300 are then sent to a computer 400 which performs the validity and estimation control operations to output an average value of the absolute acceleration ⁇ m ⁇ S itself validated if the standard deviation is low.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de validation d'une mesure de l'accélération Ϝmes fournie par un accéléromètre dans un véhicule automobile. Selon l'invention, ledit procédé comprend les étapes consistant à : - mesurer, en phase de roue libre, une accélération yomes au moyen dudit accéléromètre ; calculer une accélération Ϝom au moyen d'un modèle véhicule en roue libre ; calculer un résidu r défini comme la différence entre l'accélération mesurée Yomes et l'accélération calculée Ϝom ; comparer ledit résidu r à un seuil donné ; valider la valeur mesurée Ϝmes en cas de comparaison négative. L’ accélération validée peut être utilisée pour déterminer la pente d'une route sur laquelle se déplace le véhicule.
Description
PROCEDE DE VALIDATION DE LA MESURE FOURNIE PAR UN
ACCELEROMETRE DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE ET APPLICATION
A L'ESTIMATION DE LA PENTE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 0553198 déposée le 21/10/2005 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
La présente invention concerne un procédé de validation d'une mesure de l'accélération γmes fournie par un accéléromètre dans un véhicule automobile. Elle concerne également une application dudit procédé à l'estimation de la pente p d'une route sur laquelle se déplace ledit véhicule automobile.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la commande du groupe motopropulseur (GMP) des véhicules automobiles.
La commande du groupe motopropulseur d'un véhicule automobile doit prendre en considération un certain nombre de paramètres qui contribuent à l'effort résistif appliqué au véhicule et qui tendent donc à s'opposer à son déplacement.
Parmi ces paramètres, on peut distinguer les perturbations aérodynamiques, telles que la pénétration dans l'air et les turbulences, les frottements entre les roues du véhicule et la route, ainsi que ceux entraînant une perte de rendement de la chaîne de traction, et les effets de la pente, comme la pente de la route.
Un objet de l'invention est de réaliser un estimateur de la pente de la route par une mesure de l'accélération absolue du véhicule dans le repère galiléen.
L'information de pente déduite de l'estimateur ayant un effet direct sur la commande GMP, on comprend que la plus grande confiance doit pouvoir être accordée à la valeur estimée pour la pente et donc à celle de l'accélération mesurée, au risque qu'une défaillance éventuelle conduise à une mise en danger des occupants du véhicule.
Aussi, un problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un procédé de validation d'une mesure de l'accélération γmes fournie par un accéléromètre dans un véhicule automobile, qui permettrait d'obtenir un diagnostic de cohérence sur la valeur γmes mesurée par ledit accéléromètre et de détecter notamment que l'accélération ainsi mesurée, et donc la valeur estimée de la pente, est erronée au-delà d'une limite tolérable.
La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à : - mesurer, en phase de roue libre, une accélération γomes au moyen dudit accéléromètre,
- calculer une accélération γo m au moyen d'un modèle du véhicule en roue libre,
- calculer un résidu r défini comme la différence entre l'accélération mesurée γo mes et l'accélération calculée γo m,
- comparer ledit résidu r à un seuil donné,
- valider la valeur mesurée γmΘS en cas de comparaison négative.
Ainsi, le procédé conforme à l'invention repose sur la vérification de la cohérence entre la valeur γomes d'accélération mesurée par l'accéléromètre en phase de roue libre et la valeur γo m de redondance issue du modèle du véhicule en roue libre. Si cette cohérence est bien vérifiée, au seuil de résidu près, l'absence de défaut de l'accéléromètre est alors diagnostiquée et, par conséquent, les valeurs d'accélération qu'il fournit peuvent être validées.
De plus, la présente invention concerne une application dudit procédé à l'estimation de la pente p d'une route sur laquelle se déplace ledit véhicule automobile.
Pour cela, l'application est remarquable en ce qu'en cas de validation de l'accélération mesurée γmes, la valeur estimée de la pente p est donnée par la relation p = (γmes - γVeh)/g, où γveh est l'accélération du véhicule par rapport à la route et g est l'accélération de la pesanteur.
Ainsi, la valeur moyenne de valeurs estimées de la pente p est validée si l'écart-type sur lesdites valeurs estimées est inférieur à un seuil donné, pour cela la valeur moyenne de la pente p est comparée à un seuil donné.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
La figure 1 est schéma de principe du procédé conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma d'un dispositif de mise en œuvre du procédé de la figure 1.
Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un procédé de validation d'une mesure de l'accélération γmθS fournie par un accéléromètre dans un véhicule automobile. Comme on peut le voir sur cette figure, ledit procédé consiste, lors de phases de roue libre du véhicule, à comparer l'accélération γomθS mesurée par l'accéléromètre à une valeur γom de l'accélération calculée au moyen d'un modèle de roue libre et de paramètres du véhicule. Si la différence entre ces deux accélérations est inférieure à un résidu r donné, l'accéléromètre est considéré comme ne présentant pas de défaut, et les accélérations γmes mesurées sont validées et utilisées notamment pour calculer la pente p de la route sur laquelle se déplace le véhicule.
L'accéléromètre peut être modélisé par la relation suivante :
Ymβs = Oacc + βa.Y ace
où Yacc représente l'accélération absolue appliquée à l'accéléromètre dans le véhicule et γmes l'accélération effectivement mesurée par l'accéléromètre. Les paramètres oaCc et βa sont représentatifs des défauts de l'accéléromètre : oaCc correspond à l'offset de l'accéléromètre et βa est le gain sur la mesure de l'accélération.
Par ailleurs, le mouvement du véhicule peut être décrit par l'équation suivante :
(J/R).γVeh = CGMP - Cfrein - R.M.g.p - signe (vveh).Ceχt
où J et M représentent l'inertie totale et la masse du véhicule et R le rayon des roues. Yveh et vveh sont respectivement l'accélération et la vitesse longitudinales du véhicule par rapport à la route. CGMP, Cf rem et Cext sont respectivement le
couple GMP à la roue, le couple frein et le couple lié aux frottements, p est la pente de la route et vaut sinα si α est l'angle de la route par rapport à l'horizontale, g est l'accélération de la pesanteur.
Si on suppose que l'inertie J est principalement liée à la masse du véhicule, ce qui est acceptable lorsque l'inertie du moteur est négligeable, notamment sur les rapports longs, on peut écrire J = M. R2. Avec, d'autre part, CT = C-GMP - Cfrein et gΘxt = Cθxt/(M.R), on a :
Yveh = CT/(M.R) - g. p - signe(vVeh).geχt
La relation entre l'accélération absolue γacc appliquée à l'accéléromètre et l'accélération γveh par rapport à la route est donnée par :
où δass correspond à l'assiette du véhicule par rapport à la pente de la route. En négligeant l'assiette du véhicule, l'équation précédente s'écrit :
Yacc = Yveh + g.p
On comprend alors que si l'accéléromètre présente des défauts négligeables, à savoir si oaCc ≈ 0 et βa.≈ 1 , on obtient :
P = (γmes - γveh)/g
Cette relation constitue une mesure de la pente p de la route, l'accélération γmes étant fournie par l'accéléromètre et l'accélération γveh étant déduite des variations de la vitesse vVΘh du véhicule. Cette valeur de pente peut être ensuite transmise à la commande du groupe motopropulseur. Dans le modèle de véhicule proposé, l'accélération absolue théorique
Yacc vaut Cτ/(M.R). En pratique, on peut obtenir une valeur de cette accélération, que l'on notera γm, à partir d'une estimation Cτmes du couple
moteur fournie par le moteur et les valeurs nominales Mm et Rm de masse et de roue :
Ym = Cτ mes/(Mm.Rm)
Si l'on appelle βc le gain de la mesure du couple moteur :
on obtient : γm = βc.M.R/(Mm.Rm).γacc
Soit r le résidu défini comme la différence entre la valeur γmes de l'accélération absolue fournie par l'accéléromètre et la valeur γm calculée selon le modèle du véhicule :
r = Oacc + (βa-- βc.M .R/(Mm.Rm)).Yacc
Ainsi, les défauts qui peuvent être détectés sont de deux ordres : - l'offset Oaœ du capteur, - un ensemble comprenant, d'une part, le gain de l'accéléromètre et, d'autre part, les erreurs sur la masse, le rayon de roue, le couple GMP et le couple de freinage.
La détection d'un défaut équivalent à un offset peut se faire lorsque l'accélération absolue réelle γacc du véhicule est nulle, c'est-à-dire lorsque le couple CT est nul. Cette situation se produit lorsque le couple moteur et le couple de freinage sont équivalents ou simultanément nuls. Or, selon une conduite habituelle d'un véhicule automobile, il est peu probable de voir une situation dans laquelle le couple moteur soit équivalent au couple de freinage, de sorte que la détection du défaut d'offset est obtenue lorsque CGMP et Cfrein sont simultanément nuls, donc lorsque le véhicule se trouve en roue libre.
Si on appelle γomes et γom les valeurs mesurée et calculée de l'accélération en roue libre, obtient :
En négligeant les défauts liés aux gains de mesure, on observe sur cette dernière formule qu'un offset important peut être détecté à partir de la cohérence des accélérations mesurée et calculée en phases de roue libre, et que, par conséquent, si le résidu est inférieur à un seuil donné de 2 à 5% par exemple, l'accéléromètre est considéré comme sans défaut, ce qui permet de valider les valeurs γmΘS qu'il fournit en phases de roue libre ou non.
Après avoir été estimée comme il vient d'être décrit, la valeur de la pente p ainsi obtenue est elle-même soumise à des opérations de validation. Tout d'abord, on calcule une moyenne des valeurs estimées de pente sur un laps de temps donné, puis cette valeur moyenne est validée si l'écart-type sur lesdites valeurs estimées est inférieur à un seuil donné. De même, la valeur moyenne est comparée à un seuil donné. Un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de validation de mesure d'accélération et d'estimation de la pente est représenté sur la figure 2. On y trouve en particulier un accéléromètre 100 pour mesurer l'accélération absolue γmes du véhicule, ainsi qu'un bloc 200 de détection des phases de roue libre qui a pour objet de s'assurer que les conditions de calcul de l'accélération γom selon le modèle de roue libre sont bien satisfaites.
Dans ce but, le bloc 200 reçoit des informations concernant l'absence de couple propulseur et, plus précisément sur l'état de l'embrayage, par l'intermédiaire d'un moyen 210 apte à détecter soit que l'embrayage est en position ouverte pour une boîte de vitesse pilotée, soit que la pédale d'embrayage est en position enfoncée pour une boîte de vitesse mécanique.
Le bloc 200 reçoit également des informations provenant d'un moyen 220 de détection d'absence de freinage comprenant des moyens de détection de la pédale de frein en position relâchée, ou encore un moyen de comparaison de la pression du circuit de freinage à un seuil donné. Enfin, un moyen 230 de mesure de la vitesse du véhicule transmet son information au bloc 200 afin de la comparer à un seuil donnée (1 km/h par exemple) et de s'assurer que le véhicule est bien en mouvement.
Le bloc 300 concerne des conditions d'arrêt des calculs lorsqu'elles ne sont pas vérifiées. Il s'agit principalement de l'information d'accélération latérale qui doit rester inférieure à un seuil donné. Cette information est fournie par un moyen 310 qui peut être soit un autre accéléromètre, soit un moyen de calcul à partir de la vitesse du véhicule et de l'angle du volant. Un moyen 320 de détection de sens de roulage informe le bloc 300 d'une éventuelle modification du sens de roulage.
Les données provenant de l'accéléromètre 100 et des blocs 200, 300 sont ensuite envoyées à un calculateur 400 qui effectue les opérations de contrôle de validité et d'estimation pour délivrer en sortie une valeur moyenne de l'accélération absolue γmΘS elle-même validée si l'écart type est faible.
A partir de la valeur validée de l'accélération, il est possible de donner une estimation de la pente p de la route, comme cela a été décrit plus haut.
Claims
1. Procédé de validation d'une mesure de l'accélération γmes fournie par un accéléromètre dans un véhicule automobile, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à : - mesurer, en phase de roue libre, une accélération γo mθS au moyen dudit accéléromètre,
- calculer une accélération γom au moyen d'un modèle véhicule en roue libre,
- calculer un résidu r défini comme la différence entre l'accélération mesurée γo mes et l'accélération calculée γo m, - comparer ledit résidu r à un seuil donné,
- valider la valeur mesurée γmes en cas de comparaison négative.
2. Application du procédé selon la revendication 1 à l'estimation de la pente p d'une route sur laquelle se déplace ledit véhicule automobile, caractérisée en ce qu'en cas de validation de l'accélération mesurée γmes, la valeur estimée de la pente p est donnée par :
Yveh étant l'accélération du véhicule par rapport à la route et g l'accélération de la pesanteur.
3. Application selon la revendication 2, caractérisée en ce que la valeur moyenne de valeurs estimées de la pente p est validée si l'écart-type sur lesdites valeurs estimées est inférieur à un seuil donné.
4. Application selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la valeur moyenne de la pente p est comparée à un seuil donné.
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