FR3054660A1

FR3054660A1 - Procede pour estimer la masse d’un vehicule automobile

Info

Publication number: FR3054660A1
Application number: FR1657145A
Authority: FR
Inventors: Vincent Deschamps
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-02

Abstract

Procédé de détermination de la masse (m) d'un véhicule, automobile, caractérisé en ce que la masse est estimée à partir de l'expression (3) suivante, hors phase de freinage du véhicule et dans les phases de roulage où le terme est supérieur à un seuil déterminé : avec : variation de l'effort moteur généré aux roues du véhicule ; : variation de l'accélération

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.

(04/ PROCEDE POUR ESTIMER LA MASSE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE.

(3/) Procédé de détermination de la masse (m) d'un véhicule, automobile, caractérisé en ce que la masse est estimée à partir de l'expression (3) suivante, hors phase de freinage du véhicule et dans les phases de roulage où le terme d²V dt²

FR 3 054 660 - A1 l

™ηο«ίη al dF, mot dt est supérieur à un seuil déterminé:

d²V dF„ dt² avec:

mot dt mot dt (3) variation de l'effort moteur généré aux roues du véhicule;

PROCEDE POUR ESTIMER LA MASSE D’UN VEHICULE AUTOMOBILE

L’invention concerne un procédé pour estimer la masse d’un véhicule automobile.

La masse d’un véhicule automobile est un paramètre susceptible à variation suite à un chargement et/ou la traction d’une remorque/caravane. Dans ce dernier cas, on considère que la remorque/caravane fait partie intégrante du véhicule.

Or la masse du véhicule est un paramètre souvent pris en compte îo pour certaines fonctions du véhicule, par exemple la régulation de vitesse, qui nécessite une précision dans l’estimation de la masse.

Comme décrit notamment dans le document FR2765682, il est connu d’estimer la masse du véhicule en fonction du couple moteur fourni aux roues par le groupe motopropulseur, de la vitesse de rotation des roues, i5 de la pression du maître-cylindre du système de freinage, et de la pente de la voie de circulation empruntée par le véhicule à l’instant considéré. Cette détermination est notamment utile lorsque le véhicule est chargé et/ou tracte une remorque ou une caravane.

Cependant tes estimateurs de masse de l’état de l’art sont incomplets, sensibles à l'assiette statique du véhicule et fournissent donc des erreurs dans l'estimation de la masse.

L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la précision de l’estimation de la masse d’un véhicule.

Elle propose notamment à cet effet un procédé de détermination de la masse m d’un véhicule, automobile, caractérisé en ce que la masse est estimée à partir de l’expression (3) suivante, hors phase de freinage du véhicule et dans les phases de roulage où le terme ^nominal ^dt est supérieur à un seuil déterminé :

d^zV dF„ dt (3) avec :

dt : variation de l’effort moteur généré aux roues du véhicule ; le rayon des roues étant un paramètre déterminant pour l’estimation de la masse d²v dt^z : variation de l’accélération m . masse à vide du véhicule nominal V . vitesse du véhicule

Selon une autre caractéristique, Sa masse est estimée à partir de l’expression (3) en tenant compte de la variation de la pente et de la variation des efforts résistants :

dF.

mot dt d^zV dt² ' άθ '⁹'dt (5) avec :

variation des efforts résistants de ⁹‘ dt : variation de Sa pente

Selon une autre caractéristique, l’estimation de Sa masse prend en compte les accélérations latérales subies par le véhicule en les introduisant dans l’équation (1) exprimant le principe fondamental de la dynamique :

dV ,, „ , ^mdt⁼ +F_met-my.0_8oui.a_Îat avec :

L : empattement du véhicule

Lar : distance du centre de gravité du véhicule au train avant angle de braquage moyen des roues avant aigt : accélération latérale

Selon une autre caractéristique, sachant que l’accélération latérale s’exprimant selon le formule suivante :

...... É Q — .· “i

Roue il vient donc un terme supplémentaire :

et que la variation de l’accélération latérale induite par ce terme est approximativement égale à :

£ (m. (^) j J + (8) avec :

^Volant l’angle volant demul _: la démultiplication volant roue il consiste à :

- soit calculer en permanence le terme inhiber l’estimateur lorsque 1e terme supplémentaire est supérieur en valeur absolue à un seuil déterminé

- soit le prendre en compte dans l’estimation.

Selon une caractéristique, l’estimation de la masse prend en compte les inerties tournantes dans l’expression (5) pour s’écrire :

'd²V de ⁺³dl)~ dF„ mot d d²V — f(yy - m(rapport).

dt dt dt² (g)

Avec m(rapport) paramètre véhicule invariant incluant des éléments du véhicule dont la masse ne va pas varier.

Selon une autre caractéristique, le rayon de roue paramétré pour calculer l’estimation de la masse est corrigé en utilisant un système de navigation embarqué dans le véhicule.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des figures annexées dans lesquelles :

La figure 1 illustre un ordre de grandeur du « jerk » maximal dû à la pente exprimé en m/s3, en fonction de la vitesse du véhicule exprimée en km/h ; et

La figure 2 illustre un enregistrement de roulage dans lequel on superpose successivement les différents d²V termes”¹ dt^{2 d}'dt dd dF—-- d

Le principe du procédé d’estimation selon l’invention repose sur le principe fondamental de la dynamique qui peut s’exprimer par l’équation suivante :

dV ^m~dt⁼ ^-3-^)-/(^)+^ mot + F,

Frein

Hydraulique } avec :

_m : la masse du véhicule, incluant le cas échéant la masse d’un élément tracté type remorque/caravane _v . vitesse du véhicule g : accélération de la pesanteur dV/dt ’ l’accélération longitudinale du véhicule f (_V) : les efforts résistants, c’est-à-dire les efforts s’opposant au mouvement du véhicule : efforts aérodynamiques, résistance au roulement i5 des pneumatiques, etc... qui sont classiquement considérés comme étant fonction uniquement de la vitesse du véhicule

Fmot ' L’effort global fourni aux roues par le groupe motopropulseur du véhicule.

Lorsque le véhicule est dans un mode de roulage dit de « coasting »

0 (mode de roulage dit « en roue libre »), cet effort est nul.

Lorsque le véhicule est dans un mode de roulage dit « en prise » (mode de roulage pour lequel 1e groupe motopropulseur est couplé aux roues), il correspond à l’effort transmis aux roues par le groupe motopropulseur

F frein hydraulique ^: L'effort global généré par le freinage hydraulique lorsqu’il y en a.

Θ : pente de Sa route

On sait par expérience qu’il est complexe d’estimer un effort de freinage hydraulique à partir de la pression dans les freins. On se propose

0 donc de n’estimer la masse que dans des phases où le véhicule n’est pas freiné, ce qui réduit l’expression (1) à :

⁼ ~^m'^S'~ ^{+ F}™« (2)

Naturellement, l’accélération du véhicule est la résultante des effets suivants :

- l’effort moteur généré aux roues ; la pente éventuelle ;

- les efforts aérodynamiques, la résistance au roulement, etc... Intuitivement, la capacité d’estimer la masse (imaginer que l’on tire une caravane) est favorisée lorsque le couple moteur est important. Il vaut mieux donc estimer la masse lors d’accélérations importantes sous couple moteur.

Une forte accélération peut également être due à une pente importante. Enfin, tes efforts aérodynamiques et la résistance au roulement pourraient également influer sur l’estimation de la masse.

Afin de « séparer » les effets, la meilleure façon d’estimer la masse est d’estimer le « jerk » d’accélération longitudinale du véhicule.

Le terme « jerk » est souvent utilisé pour désigner une variation de l’accélération longitudinale. Il s’exprime comme la dérivée du vecteur d²V accélération soit la dérivée seconde de la vitesse dt² ou encore la dérivée troisième de la distance par rapport au temps.

En effet, si les variations temporelles de couple moteur dt de peuvent être importantes, tes variations temporelles de pente ⁸° dt te sont d — f(V\ beaucoup moins, et tes variations des efforts résistants dr ^{K J} encore moins importantes.

L’estimation de la masse repose donc principalement sur l’équation suivante, globalement valable hors phases de freinage, et peut s’exprimer en première approximation par l’expression suivante :

d²V

---~ dt² dF.

mer dt (3)

La majorité des véhicules dispose aujourd’hui d’un accéléromètre apte à mesurer une pente et le sens de la pente.

D’autre part, la variation des efforts résistants consiste uniquement dans Sa variation des efforts aérodynamiques (tes autres efforts résistants s sont constants) et peut donc être aisément approximés par exemple comme suit :

d d(aV²) dV (4) avec a typiquement de l’ordre de o . 5 dô d-~T7

SI est alors aisé d’injecter quand même tes variations de pente dt d — f(V} et des efforts résistants dt dans l’expression (3) pour préciser l’estimation de la masse d²V . άθ dt² ^+B-dt (5)

Il est important de noter que dans l’expression (5), c’est la variation dd de la pente ⁹' dt qui intervient pour l’estimation de masse, ce qui permet de s’affranchir de l’impact d’une éventuelle assiette statique sur l’estimation de la masse.

On considère, ci-après, les différents termes de l’expression (5), considérés les uns après tes autres, afin de comprendre de façon quantitative pourquoi les termes des efforts résistants et de pente ont peu d’impact sur l’estimation de la masse m et donc pourquoi en première approximation, la masse peut s’écrire selon l’expression (3).

Lors d’une accélération, Se terme de l’expression (4), rappelée ci-dessous, d . cZ(aV²) dV est majoré approximativement par le ratio entre Sa puissance du moteur et la masse du véhicule. L’expression (4) peut alors s’écrire :

d ~dt d(aV²) dV F_mot P_mo, —,—-=2.a.V.-—^2.a.V.-^ = 2.a.-at mm (6) dt

Avec P_mot la puissance fournie par le moteur

Pour un véhicule de 1500 kg développant une puissance de 150 d — f(V) kW, cela induit donc que le terme dt sera finalement inférieur à

100N/S.

^_mot

Concernant le terme dt , il est équivalent à la variation du couple moteur multiplié par un gain de démultiplication offert par les rapports de la boite de vitesses du véhicule :

îo - avec le premier rapport de vitesse (1 ière), de l’ordre de 50 m'¹

- avec le deuxième rapport de vitesse (2nde), de l’ordre de 20 m'¹

- avec le troisième rapport de vitesse (3ième), de l’ordre de 15 m’¹

Donc en considérant un couple de 100 N.m montant en 1 s, on voit 15 que ce terme peut facilement atteindre 2000 N/s en 2nde, 1500 N/s en

3ième, ... donc plus de 15 fois le maximum du terme aérodynamique. d²V

Concernant te terme dt² qui est te « jerk » sous variation du couple dF_mot moteur : il s’exprime simplement par te terme précédent dt divisé par la masse m.

II peut donc facilement atteindre 1m/s3, voire davantage si la dynamique de couple est plus importante de

Enfin, concernant le terme ^d'dt, en prenant en compte des règles usuelles de conception des routes, on arrive typiquement à des valeurs maximales pour te « jerk » du type de la figure 1 représentant l’évolution du « jerk » maximal dû à la pente, exprimé en m/s3, en fonction de la vitesse du véhicule exprimé en km/h.

On voit que les valeurs maximales sont atteintes pour des vitesses avoisinant les 20 km/h.

Ce sont des valeurs « pire cas » qui sont du même ordre de d²V grandeur que des « jerks » sous accélération dt² du groupe motopropulseur qui elles sont obtenues régulièrement.

Même si ces valeurs du jerk dû à la pente, peuvent être du même ordre de grandeur, elles seront, en, moyenne, rarement atteintes.

Afin d’illustrer ces ordres de grandeur, on présente à la figure 2, un enregistrement de roulage dans lequel on superpose successivement Ses d²V différents termes™ dt.^{2 9}' dt άθ dF.

mot dt '«m

On voit sur cet enregistrement que :

- le terme —f(V) est négligeable : il atteint 20 N/s (à peine discernable dt sur l’enregistrement)

- te terme m.g. — peut effectivement monter ponctuellement jusqu’à 15 500N/s et dans certains cas, explique te « jerk » du véhicule

- les termes et sont effectivement tes termes dt¹ dt prépondérants la plupart du temps et sont quasiment superposés sur l’enregistrement.

En repartant de l’expression (5), l’estimation consiste simplement à effectuer une régression linéaire entre les termes :

et ^dfTnot _ A. dt de^{J k J} dans des phases où le véhicule ne freine pas, et dans Ses phases de roulage _î_ où le terme ^nsminaî est supérieur à un seuil déterminé (typiquement de l’ordre de 0.2 m/s3) afin d’exclure des situations de vie qui ne font pas apparaître clairement l’effet de la masse du véhicule.

avec mnominai : masse à vide du véhicule

Dans les phases de changement de rapport, pour lesquelles l’estimation de l’effort moteur F_aot est difficilement estimable, on inhibe l’estimateur. D’autre part, considérer une démultiplication constante n’a pas de sens.

Pour préciser encore plus l’estimation, il peut être souhaitable de prendre en compte tes accélérations latérales que subit le véhicule, notamment dans un virage.

L’expression (2) donne une bonne estimation de la masse d’un véhicule en ligne droite. En virage, il pourrait y avoir un biais induit par tes accélérations latérales.

En prenant en compte ce biais, par exempte, en virage stabilisé, avec une accélération latérale α«, l’expression (2) peut alors s’écrire :

avec :

L : empattement du véhicule l_Ar : distance du centre de gravité du véhicule au train avant '· angle de braquage moyen des roues avant aiat : accélération latérale

Sachant que l’on peut approximativement exprimer l’accélération latérale selon :

^alat ^— il vient donc un terme supplémentaire :

/va,____\^z

Si on écrit ensuite que l’angle de braquage des roues est l’angle volant que divise la démultiplication de direction alors le « jerk » induit par ce terme est donc approximativement égal à :

^&RmsB dewail,

avec :

Celant : l’angle volant demul : la démultiplication volant roue, donc de l’ordre de 20, par exemple.

Par exemple, un angle volant de 45° avec une vitesse volant de 907s induit à 70km/h un « jerk » de l’ordre de - 0.6m/s3.

On peut donc, en partant du principe que l’on mesure en s permanence l’angle volant, la vitesse volant, et la vitesse véhicule (ce qui est le cas sur tous tes véhicules récents) :

soit calculer en permanence £^.^.(^/)=2.=^

inhiber l’estimateur lorsque ce terme est supérieur en valeur absolue à un seuil déterminé soit le prendre en compte dans l’estimation

Si on prend maintenant en compte les inerties tournantes (par inertie tournante, on entend l’inertie des éléments en rotation dans le véhicule), on distingue deux types d’inerties tournantes :

i5 - celles induisant une « masse équivalente » invariante avec le rapport de boîte (roues, différentiel,...) ;

- celles induisant une « masse équivalente » variable en fonction du rapport de boite (donc principalement l’inertie moteur)

Dans ce cas, l’expression (5) s’écrit donc en fait :

d dt d²V f(F) -m(rappart).— (9)

Le terme m(rappori) est un paramètre véhicule invariant, puisqu’il inclut des éléments du véhicule dont la masse ne va pas varier (Inertie moteur, Inerties Roues, ...). Par contre, ce terme est clairement fonction du rapport de boite (Par exemple, la masse équivalente due à l’inertie moteur est d’autant plus faible que te rapport de boite est élevé)

En pratique, tes mesures en entrée sont tes suivantes :

- Vitesses de rotation de roues : <dr_ou,

- Accélération longitudinale de l’accéléromètre longitudinal : ou directement une pente estimée 0 fournie par exempte par te calculateur de freinage.

- Couple Moteur : c_Moe

- Régime moteur w_moe

Les paramètres sont tes suivants :

Rayon de Roue : i?_Roue

Coefficient macro aérodynamique : a = ~p.sc_x

En écrivant que :

_ n Roue dt² e (10) ou directement (si l’accélération longitudinale est directement disponible)

ÉÏ+ ^άθ dt^{2 9}' dt dt (il) _ _ ^mot ££mç>it (12) dt F ' dt «Roue-^Roue ' dt d , άω — f(V) = 2.a. -dt ^Roue dt (13) d²V ά^ω i(r apport) .——r = Inerties.-—r^{v rr 7} dt² dt² (14) ^(0^_ioue.^+₅.^ Ou ^Ylongï

Y(t) = dt= ^umit ^acmot dt (15) ^RRoue-^aR_BU€ ^dt

2. a. («_Λ0Ηβ)².ω_Λ0Ηβ - Inerties.

(16)

Et en estimant la masse selon la méthode des moindres carrés _ co»(x,y) estimé ^— _rar(_X) (17)

Il est à noter que l’on n’utilisera pas directement les valeurs X(t) et Y(t), mais des valeurs filtrées, à savoir que l’opérateur d/dt qui intervient ci25 dessus dans les expressions X(t) et Y(t) sera en pratique une dérivée filtrée.

Par ailleurs, le rayon R_Roue peut varier en fonction de la pression des pneus, de la masse, ... Une façon de l’estimer plus précisément serait de recaler te rayon de roue R_Koue en utilisant la vitesse linéaire estimée par le système de navigation, si celui-ci est présent sur 1e véhicule.

On a donc décrit ci-dessus, plusieurs estimations de la masse d’un véhicule toutes basées sur la variation de l’accélération longitudinale d’un véhicule en partant d’une approximation vérifiée par les ordres de grandeurs des effets impactant l’estimation de la masse, puis en prenant en compte malgré tout, tes termes dont les effets étaient peu impactant afin de préciser encore plus cette estimation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de Sa masse (m) d’un véhicule, automobiie, caractérisé en ce que Sa masse est estimée à partir de l’expression (3) suivante, hors phase de freinage du véhicule et dans tes phases de roulage où le terme 'nominal ^dt est supérieur à un seuil déterminé :

avec :

dF mot

Λ² dt (3) dt : variation de l’effort moteur généré aux roues du véhicule ; le rayon des roues étant un paramètre déterminant pour l’estimation de la masse d²v dt² ·. variation de l’accélération m . ,· masse à vide du véhicule V . vitesse du véhicule
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse est estimée à partir de l’expression (3) en tenant compte de la variation de la pente et de la variation des efforts résistants :

d/v , de (5) avec :

variation des efforts résistants variation de la pente
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’estimation de la masse prend en compte tes accélérations latérales subies par te véhicule en tes introduisant dans l’équation (1) exprimant te principe fondamental de la dynamique :

(7) avec :

L : empattement du véhicule

Lar : distance du centre de gravité du véhicule au train avant

Λ ^Roue : angle de braquage moyen des roues avant aiat : accélération latérale
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce sachant que l’accélération latérale s’exprimant selon le formule suivante :

^alat £ ‘ ^Roue il vient donc un terme supplémentaire :

et que la variation de l’accélération latérale induite par ce terme est approximativement égale à :

(8) avec :

Qvoiant : l’angle volant demul : la démultiplication volant roue il consiste à :

- soit calculer en permanence le terme et inhiber l’estimateur lorsque le terme supplémentaire est supérieur en valeur absolue à un seuil déterminé

- soit le prendre en compte dans l’estimation
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’estimation de la masse prend en compte tes inerties tournantes dans l’expression (5) pour s’écrire : ^fd^zV fd²V dd\ \dë ^{+ s}dt)~ dF„ mot d d²V

-f(Y) — m(rapport).

dt² ’ ^tr' dt J dt dt'' - ’v-f-î—·-^_t2

Avec rn(rapport) _; paramètre véhicule invariant incluant des éléments du véhicule dont la masse ne va pas varier.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayon de roue paramétré pour calculer l’estimation de la masse est corrigé en utilisant un système de navigation embarqué dans le véhicule.

io

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