WO2015082821A1 - Procédé et dispositif d' estimation de la masse d'un véhicule automobile - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and a device for estimating the total mass of a motor vehicle.
- an estimate of the weight of the vehicle allows the user to guarantee compliance with the total permissible laden weight.
- the methods for estimating the mass of a motor vehicle by applying the fundamental principle of momentum dynamics are particularly imprecise and cumbersome to implement because they require an estimation of many parameters of the vehicle and are based on on assumptions that are not always verified, such as zero wind speed, zero gradient, etc.
- the user has to press a command button when the vehicle is loaded.
- the control button is used to configure the vehicle in a "loaded” or “unloaded” mode to activate a corresponding program for controlling the automatic transmission computer.
- the implementation of such a button is relatively expensive.
- the present invention therefore aims to overcome these disadvantages.
- the object of the invention is therefore to provide a method and a device for quickly obtaining information on the total mass of the motor vehicle, without requiring a button on the control of the user of the vehicle.
- the object of the invention is to control the computer of an onboard device, such as, for example, an automatic transmission, a device for estimating the tire pressure, etc. , depending on the mass of the motor vehicle.
- an onboard device such as, for example, an automatic transmission, a device for estimating the tire pressure, etc. , depending on the mass of the motor vehicle.
- the invention relates to any type of vehicle equipped with wheels.
- the invention relates to a method for estimating the total mass of a motor vehicle in which the difference between the braking accelerations of a wheel of the vehicle is calculated from the fundamental equation of the dynamic applied at two time instants and the mass of the vehicle is estimated by a recursive least squares algorithm with forgetting factor from this difference of acceleration.
- the data are collected including the inertia of the wheel, the acceleration of the wheel at two moments, the resultant of the engine torque brought back to the wheel, the wheel radius and the longitudinal acceleration of the vehicle at two moments.
- the value of the estimated mass is filtered by the recursive least squares algorithm with forgetting factor.
- the resultant motor torque brought back to the wheel can be determined by mapping.
- the forgetting factor is, for example, between 0.99 and 0.9959.
- the invention relates to a device for estimating the total mass of a motor vehicle, comprising an electronic control unit intended to calculate the total mass of the motor vehicle and to control a device embedded in the vehicle.
- the estimation device comprises a module for calculating the difference between the braking accelerations of a vehicle wheel from the fundamental equation of the dynamic applied at two time instants and a vehicle mass estimation module. by an algorithm of recursive square moons with forgetting factor from this difference of acceleration.
- the estimating device comprises a data recovery module comprising the inertia of the wheel, the acceleration of the wheel at two moments, the resultant of the motor torque brought back to the wheel, the radius of the wheel and the longitudinal acceleration of the vehicle at two moments.
- the estimating device may include a low pass filter for filtering the value of the total mass estimated by the estimation module.
- FIG. 1 shows schematically the device for estimating the total mass of a vehicle according to the invention.
- FIG. 2 illustrates the steps of the method for estimating the total mass of a vehicle according to the invention.
- the device for estimating the total mass M of a motor vehicle (not shown), according to FIG. 1, comprises an electronic control unit 1 intended to control a computer 2, for example of the automatic transmission (not represented), the estimation of the pressure of the tires or any other device of the motor vehicle requiring knowledge of the total mass of the vehicle.
- the control unit 1 comprises a data processing module 3, a calculation module 4 of the difference between the accelerations of a wheel with two time instants and a mass estimation module 5 by a least squares algorithm. recursive forgetting factors.
- the data processing module 3 receives as input data comprising:
- F (l) has the strength of the road on the wheel, in N;
- M the mass of the vehicle, expressed in kg
- the data processing module 3 calculates the equations 3 and 4 above by applying the fundamental principles of the two-moment dynamic t i and t 2 .
- the calculation module 4 calculates the difference between the equations
- ⁇ a weighting factor that always takes a positive value less than 1, for example between 0.99 and 0.9959.
- ⁇ is also called "forgetting factor" and can be derived from cartography depending on the number of points acquired, which can be updated in case of stopping and / or opening of the door (descent or passenger climb).
- M (k) R (k) 1 (k - 1) + ⁇ > ⁇ k) .y (k)
- the estimation module 5 then transmits the value of the estimated mass to a low pass filter 6 before being transmitted to the computer 2.
- the flowchart shown in FIG. 2 illustrates the method for estimating the total mass of a motor vehicle.
- a first step 10 the data comprising the inertia of the wheel J r , the acceleration of the two-moment wheel ⁇ r (ti), ⁇ r (t2), the resultant of the motor torque reduced to the wheel C r (ti) C r (t 2 ), the radius of the wheel R and the longitudinal acceleration of the vehicle at two moments a (ti), afo).
- equations 1 and 2 are calculated by applying the fundamental principle of the dynamics in rotation and in translation at two time instants t ls t 2 and the acceleration without braking of a wheel of the vehicle is calculated.
- Q r ⁇ t x ), Q r ⁇ ti) respectively at each of the two instants t ls t 2 , according to equations 3 and 4.
- a third step 30 the equation 5 corresponding to the difference ⁇ ⁇ between the non-braking accelerations Q r (t x ), Q r (t i) calculated above is calculated, and assuming that the instants t 2 and ti are sufficiently close so that the external forces F ext (t), C f (t) applied to the vehicle do not vary atively.
- step 40 the estimate of the mass M of the vehicle is calculated by a recursive least squares algorithm with forgetting factor from this acceleration difference ⁇ ⁇ .
- step 50 the value of the estimated mass M is filtered by a low-pass filter 6.
- the total mass of the vehicle can be estimated reliably and quickly.
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Abstract
Ce dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile comporte une unité de commande électronique (1) destinée à calculer la masse totale (M) du véhicule automobile et à piloter un dispositif embarqué (2) dans le véhicule, un module de calcul (4) de la différence (ΔӪ
r) entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule (Ӫ
r(t
1),Ӫ
r(t2) ) à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels et un module d'estimation (5) de la masse (M) du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération (ΔӪ
r).
Description
Procédé et dispositif d' estimation de la masse d'un véhicule automobile
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d' estimation de la masse totale d'un véhicule automobile.
La connaissance de la masse totale d'un véhicule automobile est nécessaire au bon fonctionnement de nombreux dispositifs embarqués dans le véhicule, notamment les dispositifs de gestion de freinage ou de gestion de boîte de vitesse automatique.
Par ailleurs, pour les véhicules utilitaires offrant une capacité de chargement importante, une estimation de la masse du véhicule permet à l'utilisateur de garantir le respect du poids total en charge autorisé.
Il est donc souhaitable d' obtenir rapidement une estimation fiable de la masse du véhicule, même lorsque le véhicule est engagé sur une pente.
Aujourd' hui l ' estimation de la masse d'un véhicule automobile peut se faire de différentes façons, par exemple par mesure directe de la masse, par estimation à l ' aide de capteurs d' assiettes et à partir de la raideur des amortissements. Toutefois, ces méthodes sont chères et ne permettent pas d' obtenir une estimation de la masse précise dû à la dispersion de fabrication et au vieillissement des raideurs des suspensions .
Il existe également des procédés d' estimation de la masse d 'un véhicule automobile par application du principe fondamental de la dynamique à un seul instant.
On peut se référer à cet égard au document US 6, 249, 735 qui décrit un procédé d' estimation de l ' état de chargement d'un véhicule en fonction du couple du moteur mesuré et de l ' accélération du véhicule calculée par approximation discrète de la dérivée de la vitesse et par filtrage. Un tel procédé ne permet pas d'obtenir une estimation de la masse suffisamment fiable et robuste.
On peut également se référer au document FR 2 857 090 qui décrit un procédé d' estimation de la masse reposant sur un algorithme
de moindres carrés récursifs en utilisant l' accélération du véhicule. Toutefois, un tel procédé d' estimation ne permet pas d' estimer rapidement la masse du véhicule automobile.
De plus, les procédés d' estimation de la masse d'un véhicule automobile par application du principe fondamental de la dynamique à un seul instant sont particulièrement imprécis et lourds à mettre en œuvre car ils nécessitent une estimation de nombreux paramètres du véhicule et se basent sur des hypothèses qui ne sont pas toujours vérifiées, telles qu 'une vitesse du vent nulle, une déclivité nulle, etc.
Par ailleurs, dans certains véhicules actuels, l 'utilisateur doit appuyer sur un bouton de commande lorsque le véhicule est chargé. Le bouton de commande permet de configurer le véhicule dans un mode « chargé » ou « non chargé » pour activer un programme correspondant de pilotage du calculateur de la transmission automatique. Toutefois, l' implantation d'un tel bouton de commande est relativement coûteuse.
La présente invention a donc pour obj et de remédier à ces inconvénients.
Le but de l' invention est donc de fournir un procédé et un dispositif permettant d' obtenir rapidement une information sur la masse totale du véhicule automobile, sans nécessiter un appui sur un bouton de commande par l 'utilisateur du véhicule.
L 'invention a pour objet le pilotage du calculateur d 'un dispositif embarqué, tel que par exemple une transmission automatique, un dispositif d' estimation de la pression des pneus, etc . , en fonction de la masse du véhicule automobile.
L 'invention concerne tout type d' engin muni de roues .
Dans un mode de réalisation, l' invention concerne un procédé d' estimation de la masse totale d'un véhicule automobile dans lequel on calcule la différence entre les accélérations sans freinage d' une roue du véhicule à partir de l ' équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels et l 'on estime la masse du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d' oubli à partir de cette différence d' accélération.
Ainsi, on obtient une estimation fiable et rapide de la masse du véhicule par l'utilisation d'un algorithme simp le d'utilisation et ne nécessitant pas un stockage important de données grâce au facteur d' oubli.
Avantageusement, on récupère les données comprenant l 'inertie de la roue, l'accélération de la roue à deux instants, la résultante du couple moteur ramenée à la roue, le rayon de la roue et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants.
Dans un mode de réalisation, on filtre la valeur de la masse estimée par l ' algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d' oubli.
La résultante du couple moteur ramenée à la roue peut être déterminée par une cartographie.
Le facteur d' oubli est, par exemple, compris entre 0,99 et 0,9959.
Selon un deuxième aspect, l 'invention concerne un dispositif d' estimation de la masse totale d'un véhicule automobile, comportant une unité de commande électronique destinée à calculer la masse totale du véhicule automobile et à piloter un dispositif embarqué dans le véhicule.
Le dispositif d' estimation comprend un module de calcul de la différence entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule à partir de l ' équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels et un module d' estimation de la masse du véhicule par un algorithme de mo indres carrés récursifs à facteur d' oubli à partir de cette différence d' accélération.
Avantageusement, le dispositif d' estimation comprend un module de récupération des données comprenant l 'inertie de la roue, l'accélération de la roue à deux instants, la résultante du couple moteur ramenée à la roue, le rayon de la roue et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants.
Le dispositif d' estimation peut comprendre un filtre passe bas destiné à filtrer la valeur de la masse totale estimée par le module d' estimation.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement le dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule selon l'invention; et
- la figure 2 illustre les étapes du procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule selon l'invention.
Le dispositif d'estimation de la masse totale M d'un véhicule automobile (non représenté), selon la figure 1, comporte une unité de commande électronique 1 destinée à piloter un calculateur 2, par exemple de la transmission automatique (non représentée), de l'estimation de la pression des pneumatiques ou de tout autre dispositif du véhicule automobile nécessitant la connaissance de la masse totale du véhicule.
L'unité de commande 1 comprend un module de traitement des données 3, un module de calcul 4 de la différence entre les accélérations d'une roue à deux instants temporels et un module d'estimation de la masse 5 par un algorithme des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli.
Le module de traitement des données 3 reçoit en entrée des données comprenant :
Jr, l'inertie de la roue, exprimée en kg. m2 ;
Ôr(t), l'accélération de la roue à deux instants ti et t2, exprimée en rad.s"2 ;
Cr(t), la résultante du couple moteur ramenée à la roue, exprimé en N.m;
R , le rayon de la roue, exprimé en m ; et
a, l'accélération de la roue à deux instants ti et t2, exprimée en m. s"2.
L'équation du bilan des couples au niveau d'une des roues non motrices déterminée par l'application du principe fondamental de la dynamique permet d'obtenir l'équation Eq.l correspondant à l'application du principe fondamental de la dynamique en rotation
d'une roue avant équivalente lors d'une phase d'accélération sans freinage :
Jrër (t) = Cr(t) - Fx(t).R - Cfit) (Eq.1)
Avec :
Jr, l'inertie de la roue, exprimée en kg. m2 ;
Ôr(t) , l'accélération de la roue correspondant à la dérivée de la vitesse de rotation de la roue, exprimée en rad.s"2 ;
Cr(t), la résultante du couple moteur ramenée à la roue, exprimé en N.m ;
F (l), la force de la route sur la roue, exprimée en N ;
R , le rayon de la roue, exprimé en m ; et
Cj{t), le couple lié au frottement, exprimé en N.m.
L'équation du bilan des forces au niveau de la roue avant équivalente lors d'une phase d'accélération sans freinage est déterminée par le principe fondamental de la dynamique en translation, selon l'équation suivante :
M. a(t) = Fx(t) - Fext(t) (Eq.2)
Avec :
M, la masse du véhicule, exprimé en kg ;
a, l'accélération longitudinale du véhicule, exprimée en m. s"2 ; et
Fext(t), l'effort extérieur appliqué sur le véhicule, exprimé en
N.
En remplaçant, dans l'équation 2, l'expression de la force de la route sur la roue Fx(t) calculée à l'équation 1, on obtient, à deux instants ti et t2, les équations 3 et 4 suivantes:
Jrër (ti) = Cr(ti) - (M.a(ti) - Fe (t2)).R - Cf(ti) (Eq.3)
Jrër ( ) = Cr( ) - (M.a( ) - Fe (h)).R - Q( ) (Eq.4)
Le module de traitement des données 3 calcule les équations 3 et 4 ci-dessus par application des principes fondamentaux de la dynamique à deux instants ti et t2.
Le module de calcul 4 calcule la différence entre les équations
3 et 4.
En prenant pour hypothèse que les deux instants t2 et ti sont suffisamment proches pour que les efforts extérieurs Fext(t), Cf(t) appliqués sur le véhicule ne varient pas significativement, c'est-à-dire que Fext (t2 ) - Fext (tl ) ¾ 0 et Cf(t2)-Cf(tl)∞0, on obtient l'équation 5:
JrAQr =ACr-R.MAa (Eq.5)
Où :
ACr = Cr(t2)-Cr(tl), provient, par exemple, d'une cartographie Aa = a(t2)- a(tj)
On peut réécrire l'équation 5 sous la forme
(ACr-JrA0r)
Aa.M (Eq.6)
R
φ X
y
En appliquant, au module d'estimation 5, un algorithme basé sur la méthode des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli λ, on recalcule une nouvelle estimation des paramètres à chaque instant t sur la base de l'estimation précédente.
On pose :
R(k) = ∑Ak- (04r(0 (Eq.7)
t=\
f(k) = ∑Akt. ( . ( (Eq.8)
t=\
Avec :
ΦΓ, la transposée de ,
λ, un facteur de pondération qui prend toujours une valeur positive inférieure à 1, par exemple compris entre 0,99 et 0,9959. λ est également appelé « facteur d'oubli » et peut être issu de cartographie
en fonction du nombre de points acquis, qui peut être mise à jour en cas d'arrêt et/ou ouverture de porte (descente ou montée de passager).
En remplaçant ces valeurs dans l'équation 6, on en déduit l'équation suivante :
M(k) = R(k) lf(k) (Eq.9)
Avec :
M , la masse estimée par la méthode des moindres carrés
Les variables R(k) et f(k) peuvent être mis sous forme récursive sans aucune approximation selon les équations suivantes :
R(k) = R(k-l) + (t>(k).(t>T(k) (Eq.10)
f(k) = (k)f(k-\) + <t>(k).y(k) (Eq.ll)
En remplacement les équations 10 et 11 dans l'équation 9, on en déduit :
M(k) = R(k) 1 (k - 1) + <>{k).y{k)
M(k Soit
(Eq.12)
Appliquer la méthode des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli se traduit par calculer les trois équations suivantes à chaque nouvel échantillon k :
( + (j)(k)P(k-l)(t)(k))
Avec P(k) = R(k) 1
En effet, la so lution consistant à calculer la masse M par la méthode des moindres carrés récursifs classique a l ' avantage d' être optimale et rapide . Toutefois, tous les échantillons k ont la même importance. En d' autres termes, si après une heure de roulage, la masse du véhicule varie, par exemple lorsqu'une personne descend du véhicule, il faudra attendre au moins une heure de roulage pour que les nouveaux points compensent les anciens .
L ' attribution d'un poids aux échantillons k par la méthode connue dans la littérature comme des moindres carrés récursifs à facteur d' oubli permet d' attribuer un poids à un échantillon d' autant plus important que l' échantillon est proche dans le passé.
Le module d' estimation 5 transmet ensuite la valeur de la masse estimée à un filtre passe bas 6 avant d' être transmise au calculateur 2.
L 'organigramme représenté sur la figure 2 illustre le procédé d' estimation de la masse totale d'un véhicule automobile.
Lors d'une première étape 10, on récupère les données comprenant l' inertie de la roue Jr, l'accélération de la roue à deux instants Ôr (ti), Ôr (t2) , la résultante du couple moteur ramenée à la roue Cr(ti ) Cr(t2), le rayon de la roue R et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instant a(ti), afo).
Lors d'une deuxième étape 20, on calcule les équations 1 et 2 par application du principe fondamental de la dynamique en rotation et en translation à deux instants temporels tl s t2 et on calcule l ' accélération sans freinage d'une roue du véhicule Qr {tx ), Qr {ti) respectivement à chacun des deux instants tl s t2, selon les équations 3 et 4.
Lors d'une troisième étape 30, on calcule l ' équation 5 correspondant à la différence ΔΘΓ entre les accélérations sans freinage Qr {tx ), Qr {ti) calculées précédemment, et en prenant pour hypothèse que les instants t2 et ti sont suffisamment proches pour que les efforts extérieurs Fext(t), Cf(t) appliqués sur le véhicule ne varient pas signifie ativement.
On calcule ensuite à l'étape 40, l'estime de la masse M du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursif à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération ΔΘΓ .
Enfin, à l'étape 50, on filtre la valeur de la masse M estimée par un filtre passe bas 6.
Ainsi, la masse totale du véhicule peut être estimée de manière fiable et rapide.
Claims
1. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile caractérisé par le fait que l'on calcule la différence (ΔΘΓ) entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule ( θΓ(ί1),θΓ (?2) ) à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels (tls t2) et l'on estime la masse (M) du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération (ΔΘΓ).
2. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 1, dans lequel on récupère les données comprenant l'inertie de la roue (Jr), l'accélération de la roue à deux instants ( Qr{t\),Qr{ti)), la résultante du couple moteur ramenée à la roue
), Cr(t2)), le rayon de la roue (R) et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants (a(ti), afo)).
3. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on filtre la valeur de la masse (M) estimée par l'algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli.
4. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résultante du couple moteur ramenée à la roue
), CV(t2)) est déterminée par une cartographie.
5. Procédé d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur d'oubli est compris entre 0,99 et 0,9959.
6. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile, comportant une unité de commande électronique (1) destinée à calculer la masse totale (M) du véhicule automobile, et à piloter un dispositif embarqué (2) dans le véhicule, caractérise en ce qu'il comprend un module de calcul (4) de la différence (ΔΘΓ) entre les accélérations sans freinage d'une roue du véhicule ( θΓ(ί1),θΓ(ί2) ) à partir de l'équation fondamentale de la dynamique appliquée à deux instants temporels (tls t2) et un module d'estimation (5) de la masse
(M) du véhicule par un algorithme de moindres carrés récursifs à facteur d'oubli à partir de cette différence d'accélération (ΔΘΓ).
7. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 6, comprenant un module de récupération des données (3) comprenant l'inertie de la roue (Jr), l'accélération de la roue à deux instants ( Ôr(ti),Ôr(t2)), la résultante du couple moteur ramenée à la roue (Cr{t\), Cr(t2)), le rayon de la roue
(R) et l'accélération longitudinale du véhicule à deux instants (a(ti), a(t2)).
8. Dispositif d'estimation de la masse totale d'un véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, comprenant un filtre passe bas (6) destiné à filtrer la valeur de la masse totale estimée par le module d'estimation (5).
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