FR3092811A1 - Procede et systeme de pilotage d’un essieu electrique d’une remorque ou semi-remorque - Google Patents

Procede et systeme de pilotage d’un essieu electrique d’une remorque ou semi-remorque Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé de pilotage d’un essieu électrique (2) d’un véhicule tracté (1) par un véhicule tracteur (1c) pour former un convoi, ledit essieu (2) étant associé à au moins un moteur électrique (9) pour fournir une assistance à la traction au convoi lors d’une traction par le véhicule tracteur (1c), consistant à déterminer une consigne de couple (C) pour le moteur électrique (9) en utilisant une donnée d’effort se rapportant à l’effort de traction exercé par le véhicule tracteur (1c), consistant à utiliser des capteurs de disposés sur le convoi pour fournir des données mesurées se rapportant au dit convoi, utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté (1) pour fournir des données mesurées ou calculées se rapportant à l’accélération du convoi, effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le convoi, ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul, et estimer par calcul l’effort de traction. Figure pour l’abrégé : Fig 2.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE PILOTAGE D’UN ESSIEU ELECTRIQUE D’UNE REMORQUE OU SEMI-REMORQUE
La présente invention se rapporte au domaine technique général des véhicules, par exemple des véhicules et convois routiers du genre remorques et semi-remorques classiques ou spécifiques lorsqu’il s’agit par exemple des porte-voitures.
L'invention se rapporte également au domaine technique de l’hybridation des véhicules, dans lesquels sont intégrés un essieu associé à une motorisation électrique, hydraulique ou pneumatique pour assurer son entraînement au moins par intermittence.
La présente invention concerne plus particulièrement un procédé et un système de pilotage d’un essieu électrique. Ce dernier permet ainsi à une remorque ou à une semi-remorque de fournir une assistance à la traction / freinage au véhicule tracteur.
Etat de la technique
Il est connu d’équiper une remorque ou semi-remorque d’un moteur électrique, lequel délivre un couple à un essieu, notamment lors de phases d’accélération dudit véhicule.
On connaît par exemple par l’intermédiaire du document EP 2 394 890, une solution d’assistance au pilotage de deux moteurs-roues d’une remorque, dans laquelle on mesure, par l’intermédiaire d’un capteur de force, un effort de traction entre le véhicule tracteur et le véhicule tracté. Une telle solution présente un certain nombre d’inconvénients. En effet, les valeurs mesurées par un tel capteur sont souvent peu fiables. Ce manque de fiabilité est lié notamment à des contraintes mécaniques persistantes au niveau de la liaison entre véhicules et ne correspondant plus à l’état en temps réel de la liaison des véhicules tracté et tracteur et aux évolutions en température lors de tels procédés de mesure. Le pilotage de l’essieu ne peut alors pas être précis et fiable. En outre, le coût d’un capteur d’effort est très élevé.
On connaît également par l’intermédiaire du document US 7,743, 859, une solution d’assistance à la traction dans laquelle des capteurs permettant de déterminer la consigne de traction sont situés sur le véhicule tracteur. Une telle solution présente l’inconvénient majeur qu’elle est en totale dépendance vis-à-vis du véhicule tracteur.
L'objet de la présente invention vise à pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un nouveau procédé de pilotage d’un essieu électrique d’une remorque ou d’une semi-remorque.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir un nouveau système de pilotage d’essieu pour mettre en œuvre le procédé de pilotage dudit essieu.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir un nouveau système de pilotage d’essieu permettant d’assurer l’interopérabilité avec divers types de véhicules tracteurs sans modifier les interfaces existantes.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide d’un procédé de pilotage en puissance d’un essieu électrique d’un véhicule tracté, du genre remorque ou semi-remorque, tracté par un véhicule tracteur pour former un convoi, ledit essieu électrique étant associé à au moins un moteur électrique pour fournir une assistance à la traction au convoi lors d’une traction par le véhicule tracteur, consistant à déterminer une consigne de couple pour le moteur électrique en utilisant une donnée d’effort se rapportant à l’effort de traction exercé par le véhicule tracteur sur le convoi, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
- utiliser des capteurs de paramètres physiques disposés sur le convoi pour fournir des données mesurées se rapportant au dit convoi,
- utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté pour fournir des données mesurées se rapportant à l’accélération du convoi,
- effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le convoi, ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul,
- estimer par calcul et à partir du résultat de la fusion des données, l’effort de traction pour déterminer la donnée d’effort, et
- calculer en temps réel une consigne de couple pour le moteur électrique pour participer aux efforts de traction ou de freinage du convoi.
Selon un exemple de mise en œuvre, la fusion des données issues des capteurs comprend l’utilisation d’un filtre de Kalman, lequel réalise au moins la fusion des données provenant de capteurs, notamment des données provenant du capteur inertiel, de la vitesse du moteur électrique, de la masse du convoi et de la consigne de couple transmise au moteur électrique pour fournir des valeurs estimées de paramètre physiques et dynamiques du convoi.
Selon un exemple de mise en œuvre, l’estimation de la donnée d’effort comprend les étapes suivantes:
- (e1) à partir d’une consigne de couple fournie au moteur électrique en utilisant l’effort appliqué à la roue de l’essieu électrique, estimer l’effort de traction et la vitesse de référence VRdu convoi correspondant à des valeurs prédites ou estimées se rapportant au véhicule tracté, déterminant ainsi un état dynamique du convoi,
- (e2) mesurer les valeurs d’accélération et de vitesse du convoi,
- (e3) recaler l’état dynamique en fonction de l’écart entre des valeurs réelles mesurées et les valeurs prédites et en fonction du gain de Kalman calculé sur la base des confiances attribuées aux grandeurs mesurées,
- reprendre les étapes (e1), (e2) et (e3) en continu.
Selon un exemple de mise en œuvre, les données comprennent des valeurs mesurées par l’intermédiaire d’un système EBS (« Electronic Braking System » ou « Système Electronique de Freinage »).
Selon un exemple de mise en œuvre, la masse du convoi est estimée à partir de la masse du véhicule tracté, mesurée par le système EBS, la masse du véhicule tracteur étant sensiblement constante.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de pilotage consiste à diminuer la consigne de couple du moteur électrique selon une loi linéaire de gain de réduction en fonction du rayon de giration du véhicule tracté résultant d’un non parallélisme entre ledit véhicule tracté et le véhicule tracteur, en utilisant les valeurs estimées de la vitesse du véhicule tracté en lacet et de la vitesse longitudinale.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de pilotage consiste à utiliser des valeurs correspondant au devers du véhicule.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de pilotage consiste à utiliser un capteur inertiel pour mesurer des valeurs d’accélération selon un axe vertical du véhicule tracté de manière à tenir compte de vibrations résultant d’irrégularités de la route, lesquelles sont susceptibles de générer des valeurs erronées d’efforts de traction.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un système de pilotage caractérisé en ce qu’il comprend un moteur électrique associé à un essieu électrique et équipé d’un capteur de position, un onduleur, un système d’alimentation en énergie du genre batterie haute tension, un système EBS, au moins un capteur de vitesse de roue, un système de filtration et de fusion de données pour fusionner des données de capteurs, au moins un capteur inertiel à au moins un axe pour effectuer une mesure d’accélération longitudinale, un système de contrôle comprenant un système de filtration, une logique de contrôle pour gérer la chaîne de traction et pour fournir la consigne de couple du moteur électrique.
Selon un exemple de réalisation, le système comprend un système de recharge de batterie.
Selon un exemple de réalisation, le capteur inertiel comporte trois axes effectuant respectivement une mesure d’accélération longitudinale, transversale et verticale.
Selon un exemple de réalisation, le système comprend un gyroscope.
Selon un exemple de réalisation, le système comprend un système ABS ou EBS
Selon un exemple de réalisation, la logique de contrôle intègre un modèle de consommation de carburant du véhicule tracteur, utilisé pour déterminer dans quelle mesure le procédé de pilotage doit être déclenché.
Selon un exemple de réalisation, le système de filtration et de fusion de données intègre un modèle un modèle du frottement de la roue sur le sol et/ou un modèle du frottement de l’air sur la carlingue du convoi.
Selon un exemple de réalisation, le système de pilotage équipe une remorque.
Selon un exemple de réalisation, le système de pilotage équipe une semi-remorque.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un produit programme d’ordinateur pouvant être chargé directement dans une unité de mémoire d’un ordinateur, d’un outil numérique ou d’un système informatique, pour piloter la mise en œuvre des étapes d’un procédé de pilotage présenté ci-dessus, lorsque les instructions dudit produit programme d’ordinateur sont exécutés sur l’ordinateur, l’outil numérique ou le système informatique.
Le procédé de pilotage conforme à l'invention présente l'énorme avantage d’assurer une totale indépendance par rapport au véhicule tracteur lors de sa mise en œuvre. Le procédé de pilotage peut ainsi être mis en œuvre lorsque la remorque ou la semi-remorque est tractée par un véhicule tracteur ancien, non conçu spécifiquement pour des remorques ou semi-remorque équipées d’au moins un essieu électrique.
Le système de pilotage conforme à l’invention présente ainsi l’avantage de fonctionner de manière totalement autonome dans la détermination des efforts de traction, tout en intégrant des fonctionnalités de contrôle et de commande qui lui permettront de s’intégrer dans des systèmes standardisés intégrant des échanges de données de traction entre véhicule tracteur et véhicule tracté. Le système de pilotage conforme à l’invention est donc interopérable entre des tracteurs standards et des tracteurs équipés d’une interface série dédiée aux systèmes de traction pour remorques.
Le procédé de pilotage permet avantageusement de réaliser une sécurisation du procédé de pilotage dans les virages et ce de façon fiable et économique.
Le système de pilotage permet avantageusement de détecter des ralentissements du convoi, pour détecter les freinages liés aux ralentisseurs installés sur les véhicules tracteurs ne générant pas toujours des signaux sur les organes de freinage de la remorque de transport de marchandises.
Le système de pilotage permet d’assister le véhicule tracteur d’une façon telle, que l’utilisateur ne perçoive pas l’assistance, notamment en ne générant pas ou peu de vibrations ou d’à-coups longitudinaux.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d’exemples illustratifs non limitatifs, dans lesquels :
La figure 1, est une illustration d'une semi-remorque comportant un système de pilotage d’un essieu électrique conforme à l’invention ;
La figure 2, est une illustration d'une remorque comportant un système de pilotage d’un essieu électrique conforme à l’invention ;
La figure 3, est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un essieu électrique piloté par l’intermédiaire du procédé de pilotage conforme à l’invention ;
La figure 4, est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un essieu électrique piloté par l’intermédiaire du procédé de pilotage conforme à l’invention ;
La figure 5, est un organigramme fonctionnel d’un exemple de mise en œuvre du procédé de pilotage conforme à l’invention ;
La figure 6 illustre schématiquement une application du procédé de pilotage conforme à l’invention ; et
La figure 7 illustre un avantage résultant de la mise en œuvre du procédé de pilotage conforme à l’invention.
Exposé détaillé de l’invention
Dans la suite, un élément structurellement et fonctionnellement identique, représenté sur différentes figures, est affecté d’une seule et même référence numérique ou alphanumérique.
Dans la suite, l’utilisation des termes « débrayable » ou « dans un état débrayé » devra être comprise au sens large, c’est-à-dire « n’assurant pas de transmission de mouvement ». Ces termes peuvent donc concerner également des dispositifs de crabotage et pas uniquement des dispositifs d’embrayage.
La figure 1 illustre un véhicule tracté 1 de type semi-remorque montrée partiellement en transparence pour visualiser un essieu électrique 2 associé à un moteur électrique et un essieu conventionnel 3. Un système d’alimentation en énergie 4 est intégré en partie basse de ladite semi-remorque. L'essieu électrique 2 équipé d’une mécanique centrale conforme à l’invention peut alternativement aussi équiper une remorque, ou tout autre véhicule routier.
En effet, le véhicule tracté 1 peut être n’importe quel type de véhicule routier, mais préférentiellement une remorque ou une semi-remorque, par exemple une remorque ou une semi-remorque d’un porte-voitures.
Dans la suite, il sera fait référence plus particulièrement et de façon non limitative à un remorque 1.
La figure 2, est une illustration d'une remorque 1 comportant un système de pilotage de l’essieu 2 électrique. La remorque 1 comporte également un essieu avant 3, non motorisé et solidaire d’un timon d’attelage 1a. Ce dernier est relié au niveau d’un pivot d’attelage 1b à un véhicule tracteur 1c.
La figure 3 représente en vue externe et en perspective un exemple de réalisation de l'essieu électrique 2, comportant un carter 5 central intégrant une transmission de mouvement de rotation 5a. La transmission de mouvement de rotation 5a peut être de type mécanique, comportant par exemple des pignons, une courroie et/ou une chaîne. La transmission de mouvement de rotation 5a peut aussi être de type hydraulique, pneumatique ou de tout autre type connu.
L'essieu électrique 2 comporte également deux bouts d’essieux 6 creux reliés au carter 5 avec l'une de leurs extrémités, par exemple par boulonnage ou par soudage. L'autre extrémité des bouts d’essieux 6 comporte un moyeu 7 sur lequel est montée une roue 8. Cette dernière peut être réalisée sous forme de roue simple ou double. Les bouts d’essieux 6 peuvent être fabriqués d’une seule pièce avec le carter 5.
L'essieu électrique 2 comporte également un moteur électrique 9, monté sur le carter 5 et présentant un arbre rotatif 9a parallèle à l'axe de l'essieu 2. Le moteur électrique 9 est susceptible d'entraîner les roues 8 et/ou un ou plusieurs équipements auxiliaires 10. Un équipement auxiliaire 10 est par exemple un système hydraulique ou pneumatique. Un organe rotatif constitue avantageusement l’arbre de rotation de l’équipement auxiliaire 10.
Selon un mode de réalisation, l’organe rotatif constitue une prise de force accessible de l’extérieur du carter 5 et susceptible d’être accouplée à l’équipement auxiliaire 10.
À titre d'exemple, le système hydraulique est une pompe hydraulique 10’ montée sur le carter 5, par exemple dans le prolongement du moteur électrique 9. Chaque équipement auxiliaire 10 comprend préférentiellement au moins un organe rotatif, par exemple prévu pour être entraîné à rotation par le moteur électrique 9 ou par la rotation des roues 8.
Avantageusement, le moteur électrique 9 peut fonctionner de manière réversible pour recharger le système d’alimentation en énergie 4, par exemple lors des phases de freinage du convoi.
L'essieu électrique 2 comporte au moins une roue 8 montée sur chaque bout d’essieu 6. Avantageusement, il comporte également un système de freinage, un système de suspension 11 et un système d'amortissement 12. Ces systèmes sont connus en tant que tels et ne sont par conséquent pas décrits davantage.
Le système d’alimentation en énergie 4 est rechargeable et embarqué dans la remorque 1. Il est prévu pour alimenter le moteur électrique 9 en énergie électrique. Le système d’alimentation en énergie 4 comprend avantageusement au moins une réserve d’énergie électrique de type batterie électrique ou super-capacité.
Selon un mode de réalisation, les bouts d’essieux 6 fixés sur le carter 5 comportent chacun un arbre 6a établissant la liaison cinématique entre le moyeu 7 et la transmission de mouvement de rotation 5a du carter 5.
Le carter 5 est avantageusement réalisé en deux parties, par exemple pour permettre le montage des éléments de transmission.
Le moteur électrique 9 est relié à la transmission de mouvement de rotation 5a par l'intermédiaire d'une liaison cinématique au moins partiellement débrayable, comprenant par exemple un dispositif de débrayage ou de crabotage. Il est en effet important d’avoir un dispositif de débrayage ou de crabotage prévu entre le moteur électrique 9 et un différentiel de manière à entraîner la charge ou un équipement auxiliaire 10, à l’arrêt, sans entraîner les roues 8. De fait, ledit dispositif de débrayage ou de crabotage peut être prévu en plusieurs endroits.
La liaison cinématique au moins partiellement débrayable, est prévue pour permettre d’activer et de désactiver la liaison cinématique entre le moteur électrique 9 et la transmission de mouvement de rotation 19 et/ou entre ledit moteur électrique 9 et l’organe rotatif de l’équipement auxiliaire 10.
Elle permet d’accoupler ou non d’une part l’arbre rotatif du moteur 9 à un arbre relié à une roue 8 et d’autre part l’arbre arbre rotatif du moteur électrique 9 à l’organe rotatif de l’équipement auxiliaire 10.
Selon un exemple de réalisation, la transmission de mouvement de rotation 5a peut présenter plusieurs rapports de réduction, du genre boite de vitesse.
Le dispositif de débrayage ou de crabotage, ainsi qu’un éventuel dispositif de synchronisme ne sont pas forcément nécessaires si on change de rapport à l’arrêt ou sans charge.
Selon un exemple de réalisation, la transmission de mouvement de rotation 5a intègre une transmission et un différentiel.
Avantageusement, la transmission de mouvement de rotation 5a intègre une réduction entre l’arbre rotatif 9a du moteur électrique 9 et l’arbre 6a des bouts d’essieux 6. Elle peut par exemple être réalisée en un, deux ou trois étages pour adapter la vitesse du moteur électrique 9 à la vitesse des roues 8 en fonction des caractéristiques propres au moteur électrique 9. Il est aussi possible d’avoir une réduction entre l’arbre du moteur électrique 9 et l’organe rotatif de l’équipement auxiliaire 10.
Selon un exemple de réalisation de l'essieu 2, chaque moyeu 7 peut également intégrer un réducteur, ceci pour permettre une amplification plus importante.
La figure 4, est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation de l’essieu électrique 2, susceptible d’être piloté par l’intermédiaire du procédé de pilotage conforme à l’invention. Dans cet exemple de réalisation, le moteur électrique 9 est relié cinématiquement à la transmission de mouvement de rotation 5a par l’intermédiaire d’un arbre moteur 9a. le moteur 9 est donc déporté de l’essieu 2. Le procédé de pilotage conforme à l’invention est envisageable sur des architectures de ce type, par exemple en seconde monte pour des convois intégrant une pluralité de moteurs. A titre d’exemple, on peut citer des « Power-train » australiens, c’est-à-dire des convois constitués d’un véhicule tracteur et d’une multitude de remorques qui pourraient toutes être équipées d’un essieu électrique.
La figure 5, est un organigramme fonctionnel d’un exemple de mise en œuvre du procédé de pilotage conforme à l’invention.
Le véhicule tracteur 1c reçoit ainsi des informations I0, comprenant notamment des instructions de commande et des perturbations, provenant de la route / trajet et/ou d’un chauffeur. Le véhicule tracteur 1c transmet ensuite des efforts d’attelage et des instructions de freinage I1 à la remorque 1 comprenant l’essieu électrique 2.
La remorque 1 est équipée d’un système de contrôle 20 permettant de mettre en œuvre une stratégie de contrôle, en l’occurrence un pilotage de l’essieu électrique 2. Le système de contrôle 20 comprend par exemple une unité de calcul 30 et d’une logique de contrôle 40.
L’unité de calcul 30 permet de transmettre des informations I5 et /ou des mesures à la logique de contrôle 40.
Les informations primaires I5 comprennent par exemple :
- la vitesse provenant du système EBS,
- les consignes de freinage provenant du système de freinage du tracteur 1c, modulées par le système EBS,
- la masse de la remorque 1, obtenue soit par mesure de pression dans les soufflets de suspension ou par lecture des informations du système EBS si ce dernier possède ce type de mesures,
- l’état des différents équipements de la chaîne de traction du convoi, à savoir :
(a) au niveau d’un onduleur et du moteur électrique 9, la température, la puissance disponible, les états de fonctionnement,
(b) au niveau du système d’alimentation en énergie 4 ou batterie, l’état de charge, la puissance disponible en charge ou décharge, les états de fonctionnement,
(c) au niveau du chargeur, l’état du chargeur de batterie permettant de déterminer si l’utilisateur souhaite recharger la batterie,
- la mesure d’accélération longitudinale provenant d’un capteur inertiel
- les mesures d’accélération ou de vitesses de rotation angulaire fournie par un capteur inertiel, selon les autres axes que l’accélération longitudinale.
L’unité de calcul 30 permet, à partir d’informations primaires I2, de calculer des informations secondaires, notamment la vitesse de référence VRde la remorque 1 et la pente P à laquelle est soumise ladite remorque 1.
La vitesse de référence VRest calculée à partir de la vitesse EBS et de la vitesse du moteur électrique. Connaissant la variation d’accélération maximale du convoi en traction et en freinage, on peut déterminer une vitesse approchant la vitesse réelle du convoi, particulièrement dans les situations de basse adhérence où les roues risquent de glisser par rapport au sol. La littérature est extrêmement importante sur ce sujet. Cette vitesse de référence VRest importante pour qu’elle soit en corrélation avec les valeurs d’accélération vues par l’accéléromètre.
La valeur estimée de la pente P est obtenue de la façon suivante. La pente P à laquelle est soumise le convoi et la remorque 1, est calculée en conjuguant la vitesse de référence VRet l’accélération instantanée mesurée par lu capteur inertiel : aaccéléro(t).
Les variations de la vitesse de référence VRsont limitées afin de rejeter les pertes d’adhérence potentielles, puis le résultat est dérivé pour obtenir l’accélération du convoi par rapport au sol : aREF(t).
Si le contact roue-sol est considéré comme ne présentant pas ou peu de glissement, on peut noter :
aaccéléro(t) = aREF(t) + g * sin(θ)
où θ est l’angle de la pente en tangage à laquelle le convoi est soumis, g étant l’accélération de pesanteur. On peut donc estimer l’angle θ en soustrayant l’accélération vue par la vitesse de référence à l’accélération longitudinale vue par l’accéléromètre.
L’information de pente estimée est basse fréquence pour détecter les phases durant lesquelles la remorque est en montée ou en descente. Un filtrage est réalisé pour filtrer les valeurs consécutives de pente en limitant la dérivée de ce signal. Cela permet d’avoir un signal stable qui alimente la logique de contrôle 40.
La logique de contrôle 40 permet de gérer la chaîne de traction du convoi et fournit la consigne de couple C au moteur électrique 9 en fonction des états des différents composants.
Le système de contrôle 20 comprend également un système de filtration et de fusion de données 50, appelé aussi estimateur, lequel permet d’estimer l’effort de traction du véhicule tracteur 1c sur le convoi, en fonction de valeurs réelles mesurées, par exemple par des capteurs, et ce pour ajuster la consigne de couple C au moteur électrique 9 pour fournir une assistance qui soit en corrélation avec l’accélération souhaitée par le chauffeur. Cet estimateur permet de déterminer une valeur image de l’effort de traction du véhicule tracteur 1c sur le convoi, tout en retranchant la valeur d’effort fournie par le moteur électrique 9.
Le système de filtration et de fusion de données 50 comprend avantageusement un filtre de Kalman étendu. Ce dernier et connu en tant que tel et ne sera par conséquent pas décrit plus en détails. D’autres formalismes d’estimateurs, tels que des observateurs de Luenberger déterministes ou autres, seraient tout à fait envisageables.
Le système de pilotage est conçu pour transmettre les informations I2 provenant de la remorque 1 et de l’essieu électrique 2 à l’unité de calcul 30. Ces informations I2 comprennent notamment :
- des mesures relatives à l’accélération et à l’état des capteurs, notamment l’accélération longitudinale, latérale et verticale et des mesures issues d’un gyroscope à trois axes,
- des informations provenant du moteur électrique 9, notamment la vitesse de rotation du moteur 9, le couple moteur instantané, l’état du moteur électrique 9 à savoir la température, la puissance délivrée,
- des informations provenant du système EBS, notamment la masse du convoi ou la masse sur les essieux 2 et 3, la pression de commande de freinage, l’état de freinage, les déclenchements RSS (système d’aide à la stabilité) ou ABS liés au fonctionnement du système EBS, la vitesse différentielle du ou des essieux 2, 3,
- des informations provenant de la source d’énergie 4 ou batterie, notamment l’état de fonctionnement, l’état de de charge, le courant maximal, la tension maximale.
Des informations I3 et I5, relatives notamment à la vitesse de référence VRet à la pente P sont transmises respectivement au système de filtration et de fusion de données 50 et à la logique de contrôle 40.
Les informations I3 comprennent notamment la valeur de mesure d’accélération, la masse de la remorque ou la masse du convoi obtenue par interpolation, le couple instantané appliqué par le moteur électrique 9 sur l’essieu 2, la vitesse de référence VRou la vitesse fournie par le système EBS et la vitesse de rotation du moteur électrique 9.
Les informations I5 comprennent notamment les informations I2 auxquelles se rajoute la vitesse de référence VRet la pente P.
Le système de filtration et de fusion de données 50 transmets ensuite des informations I4, à savoir l’effort de traction estimé et recalé, à la logique de contrôle 40. Cette dernière génère alors une information I6 correspondant à une consigne de couple C qu’elle transmet au moteur électrique 9 de l’essieu 2.
La figure 6 illustre schématiquement une application du procédé de pilotage conforme à l’invention. Le procédé de pilotage permet effectivement de mettre en œuvre une sécurisation en virages du convoi.
En virages, l’estimation des efforts présentée précédemment ne doit pas aboutir à une situation risquant de compromettre la stabilité du convoi. Cette dernière est liée au non parallélisme entre le véhicule tracteur 1c et la remorque 1 en virages, lorsque ladite remorque 1 est reliée au véhicule tracteur 1c par l’intermédiaire d’un timon 1a et/ou d’un pivot d’attelage 1b.
Ainsi, pour éviter des phénomènes de renversement ou de mise en portefeuille, la vitesse de rotation de la remorque 1 en lacet et l’angle de dévers sont estimés et rentrent dans la régulation de la traction comme paramètres complémentaires pour diminuer l’assistance dans des situations risquant de compromettre la stabilité du convoi.
Les vitesses de rotation précitées peuvent être obtenues par exemple par le système EBS en utilisant la vitesse différentielle V2 - V1au niveau des roues 8 et par un gyroscope basé sur des technologies du genre MEMS ou fibre de verre, pour obtenir la vitesse de rotation instantanée ω de la remorque 1.
L’accélération latérale Alatest mesurée par le capteur inertiel selon l’axe latéral de la remorque 1.
A partir des relations données ci-après, il est possible de calculer le rayon de giration R de la remorque 1 et l’angle de dévers φ de la remorque 1, à savoir:
R = (L * Vmoy) / (V2- V1) = Vmoy/ω
Alat= Vmoy* R + g * sinφ = R * ω2+ g * sinφ
Vmoyétant la vitesse moyenne de V1et V2, g étant l’accélération de la pesanteur.
La valeur du rayon de giration du véhicule tracteur 1c, ou une valeur composée de deux valeurs, par exemple la valeur minimale entre le rayon de giration du véhicule tracteur 1c et de la remorque 1, pourra être utilisée comme donnée d’entrée pour plus de sécurité et de précision. Les moyens de détermination de la courbure de la route étant multiples, une redondance peut alors être aisément implémentée pour plus de sécurité. A titre d’exemple, le système EBS peut effectuer ce calcul d’une part et un système ECU (« Electonic Control Unit » ou « Unité de Commande Electronique ») peut effectuer ce calcul d’autre part pour permettre d’interrompre la traction dans des situations risquant de compromettre la stabilité du convoi.
En fonction du rayon de giration R, et des paramètres géométriques de la remorque 1 et du véhicule tracteur 1c, à savoir la distance respective A1, A2entre les essieux et le de pivot d’attelage 1b, on peut déterminer l’angle γ entre la remorque 1 et le véhicule tracteur 1c, en supposant qu’il n’y a pas de glissement.
Connaissant cet angle γ et la tolérance maximale d’effort latéral Fmax latsubit par le véhicule tracteur 1c, on peut calculer la valeur absolue du couple moteur maximal ABS(Cmot) à ne pas dépasser pour que ledit véhicule tracteur 1c ne ripe pas.
On obtient ainsi :
ABS(Cmot) / rroue≤ Fmax lat* cos(γ)
avec γ = atan(A1/ R) + atan(A2/ R)
A1et A2étant respectivement la distance entre un essieu arrière 1d du véhicule tracteur 1c et le pivot d’attelage 1b, et la distance entre le point médian M selon l’extension longitudinale de la remorque 1 et le pivot d’attelage 1b, rroueétant le rayon de la roue 8 de la remorque 1.
Il existe différents types de modèles publiés pour la détermination de l’angle γ. A titre d’exemple on peut citer le lien : http://www.autoturn.ch/giration/f/train_r.html.
La figure 7 illustre un avantage résultant de la mise en œuvre du procédé de pilotage conforme à l’invention.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de pilotage permet de diminuer la consigne de couple C du moteur électrique 9 selon une loi linéaire d’un gain de réduction en fonction du rayon de giration du convoi résultant d’un non parallélisme entre ladite remorque 1 et le véhicule tracteur 1c.
La loi linéaire de gain de réduction est matérialisée par la courbe A à la figure 7, laquelle montre le pourcentage de la consigne C de couple moteur en fonction de l’inverse du rayon de giration 1/R.
La consigne C n’est diminuée qu’à partir d’une valeur prédéterminée R0. Les grands rayons de giration, correspondant à des valeurs de courbure plus faibles que 1/R0, ne sont donc pas concernés par une diminution de ladite consigne C.
La courbe B illustre ce gain de réduction piloté par un relais de sécurité, du genre tout ou rien, permettant de déporter le calcul et les effets d’un déclenchement sur une autre unité de contrôle, par exemple celle du système EBS ou par des interrupteurs de type « fin de course », pour atteindre un niveau de sécurité supplémentaire dans les référentiels de sécurité de fonctionnement, par exemple SIL (Safety Integrity Level), ASIL (Automotive Safety Integrity Level), PL (Performance Level).
Avantageusement, l’énergie cinétique du convoi peut être récupérée dans les phases de freinage afin de recharger la batterie. Le couple de commande du moteur électrique 9 peut être piloté :
- par une donnée relative aux efforts de freinage détectés par le système de filtrage et de fusion de données 50 présenté précédemment et appelé également estimateur,
- par une donnée relative au système de freinage via les données transitant entre la remorque 1 et le véhicule tracteur 1c, par exemple une consigne de pression de freinage,
- par une combinaison de ces deux données, où
- par anticipation du freinage du chauffeur lorsque le convoi est en pente et n’accélère pas, ce qui entraînera nécessairement un freinage,
- lorsque la batterie est suffisamment déchargée et que le moteur thermique se situe sur un point de fonctionnement dont le rendement est bon.
Un exemple concret de mise en œuvre de procédé conforme à l’invention est donné ci-après.
Le procédé de pilotage en phase de traction, peut donc se dérouler ainsi (on ignore volontairement toutes les phases de mise en route de la chaîne de traction qui ne présentent pas d’intérêt pour l’homme du métier). Selon un exemple de mise en œuvre du procédé de pilotage :
- le convoi est tout d’abord à l’arrêt, la vitesse nulle et les freins serrés. Grâce aux informations du système de freinage : freins serrés et vitesse nulle ou quasi-nulle, l’ECU (Electronic Control Unit) indique à un onduleur de ne pas fournir de couple C,
- le chauffeur décide de desserrer les freins. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse nulle ou quasi-nulle, l’ECU indique à l’onduleur de ne pas fournir de couple C,
- le chauffeur commence à accélérer le convoi. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse supérieure à une vitesse seuil dite « quasi-nulle », l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple C au moteur électrique 9. L’estimateur prend en entrée l’accélération du convoi, la vitesse du convoi, la vitesse du moteur électrique 9 et la masse du convoi et le couple fourni par le moteur qui est nul à cet instant. On pourra se reporter aux informations I3. Il estime alors un effort F1 image de la traction du moteur du véhicule tracteur 1c sur le convoi. Il indique à l’onduleur de fournir un couple de valeur C1 image de F1,
- le chauffeur accélère de la même façon le convoi. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse supérieure à une vitesse seuil dite « quasi-nulle », l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple C au moteur électrique 9. L’estimateur détermine sur la base des informations I3 le même effort F1 image de la traction du moteur du véhicule tracteur 1c sur le convoi malgré le fait que le moteur électrique 9 ait ajouté une contribution à l’accélération globale du convoi. Il indique à l’onduleur de fournir un couple de valeur C1 image de F1. Si le chauffeur garde la même consigne d’accélération, C1 et F1 sont stables. Si le chauffeur trouve que l’accélération qu’il obtient est trop importante, il réduira sa consigne jusqu’à ce qu’il soit satisfait, de la même façon qu’il le ferait sur un convoi classique. Cet état conduira à la détermination de valeurs de couple C2 et d’effort F2 stables également,
- le chauffeur décide de maintenir sa vitesse sans accélérer. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse supérieure à une vitesse dite « quasi-nulle » l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple au moteur électrique 9. L’estimateur détermine sur la base des informations I3 un effort plus faible F3 image de la traction du moteur du véhicule tracteur 1c. Selon la logique de pilotage 40, il indique à l’onduleur de fournir un couple de valeur C3 image de F3 et modulée par une stratégie de pilotage pouvant être modifiée selon le type de parcours pour optimiser les gains énergétiques. Il est en effet connu par l’homme du métier que les moteurs thermiques ont un rendement relativement bon à vitesses stabilisées et couple faible. Dans ce cas-là, on pourrait décider de mettre la consigne à 0,
- le chauffeur maintient toujours la vitesse du convoi, mais le convoi se situe sur une montée, une côte. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse supérieure à une vitesse dite « quasi-nulle » l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple C au moteur électrique 9. L’estimateur détermine sur la base des informations I3 un effort F4 plus important que F3 image de la traction du moteur du véhicule tracteur 1c puisque le véhicule tracteur 1c est obligé de fournir plus d’effort pour maintenir sa vitesse. Selon la logique de contrôle 40, il indique à l’onduleur de fournir un couple de valeur C4 image de F4. La stratégie de pilotage 40 détecte que F4 a dépassé un seuil et indique à l’onduleur de piloter le moteur avec un couple C4 image de F4 et modulé par la logique de contrôle 40,
- le convoi circule à nouveau sur un relief plat. Le chauffeur décide de ralentir en utilisant le ralentisseur. Grâce aux informations du système de freinage : freins desserrés et vitesse supérieure à une vitesse dite « quasi-nulle » l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple au moteur électrique. L’estimateur détermine sur la base des informations I3 un effort négatif F5 image du freinage dû au ralentisseur. Selon la logique de contrôle 40, il indique à l’onduleur de fournir un couple négatif de valeur C5 image d’un effort F5 qui lui permet de recharger en partie la batterie,
- le chauffeur décide de ralentir plus fortement en utilisant le système de freinage classique. Grâce aux informations du système de freinage : freins pilotés à une certaine valeur et vitesse supérieure à une vitesse seuil dite « quasi-nulle », l’ECU indique à l’onduleur qu’il peut fournir du couple C négatif au moteur électrique 9. Selon la logique de contrôle 40, il indique à l’onduleur de fournir un couple négatif de valeur C6 image du ralentissement souhaité par le système de freinage classique qui lui permet de recharger en partie la batterie,
- le chauffeur décélère jusqu’à ce qu’il atteigne une vitesse seuil dite « quasi-nulle ». Selon la logique de pilotage 40, l’ECU indique à l’onduleur de ne plus fournir de couple.
On notera également qu’il est nécessaire de recaler l’alignement de l’accéléromètre avec le véhicule. Cela peut être réalisé en usine au démarrage.
De manière évidente, l’invention ne se limite pas au mode de réalisation préférentiel décrit précédemment et représenté sur les différentes figures, l’homme du métier pouvant y apporter de nombreuses modifications et imaginer d’autres variantes sans sortir ni de la portée, ni du cadre de l’invention définis par les revendications. Ainsi, une caractéristique technique décrite ou une étape de mise en œuvre décrite, pourra être remplacée par une caractéristique technique équivalente, respectivement une étape de mise en œuvre équivalente, sans sortir du cadre et de la portée définis par les revendications.

Claims (18)

  1. Procédé de pilotage en puissance d’un essieu électrique (2) d’un véhicule tracté (1), du genre remorque ou semi-remorque, tracté par un véhicule tracteur pour former un convoi, ledit essieu électrique (2) étant associé à au moins un moteur électrique (9) pour fournir une assistance à la traction au convoi lors d’une traction par le véhicule tracteur (1c), consistant à déterminer une consigne de couple (C) pour le moteur électrique (9) en utilisant une donnée d’effort se rapportant à l’effort de traction exercé par le véhicule tracteur (1c) sur le convoi, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
    - utiliser des capteurs de paramètres physiques disposés sur le convoi pour fournir des données mesurées se rapportant au dit convoi,
    - utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté (1) pour fournir des données mesurées se rapportant à l’accélération du convoi,
    - effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le convoi, ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul,
    - estimer par calcul et à partir du résultat de la fusion des données, l’effort de traction pour déterminer la donnée d’effort, et
    - calculer en temps réel une consigne de couple (C) pour le moteur électrique (9) pour participer aux efforts de traction ou de freinage du convoi.
  2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fusion des données issues des capteurs comprend l’utilisation d’un filtre de Kalman, lequel réalise au moins la fusion des données provenant de capteurs, notamment des données provenant du capteur inertiel, de la vitesse du moteur électrique (9), de la masse du convoi et de la consigne de couple (C) transmise au moteur électrique (9) pour fournir des valeurs estimées de paramètre physiques et dynamiques du convoi.
  3. Procédé de pilotage selon la revendications 2, caractérisé en ce que l’estimation de la donnée d’effort comprend les étapes suivantes:
    - (e1) à partir d’une consigne de couple (C) fournie au moteur électrique (9) en utilisant l’effort appliqué à la roue (8) de l’essieu électrique (2), estimer l’effort de traction et la vitesse de référence VRdu convoi correspondant à des valeurs prédites ou estimées se rapportant au véhicule tracté (1), déterminant ainsi un état dynamique du convoi,
    - (e2) mesurer les valeurs d’accélération et de vitesse du convoi,
    - (e3) recaler l’état dynamique en fonction de l’écart entre des valeurs réelles mesurées et les valeurs prédites et en fonction du gain de Kalman calculé sur la base des confiances attribuées aux grandeurs mesurées,
    - reprendre les étapes (e1), (e2) et (e3) en continu.
  4. Procédé de pilotage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les données comprennent des valeurs mesurées par l’intermédiaire d’un système EBS.
  5. Procédé de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la masse du convoi est estimée à partir de la masse du véhicule tracté (1), mesurée par le système EBS, la masse du véhicule tracteur (1c) étant sensiblement constante.
  6. Procédé de pilotage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il consiste à diminuer la consigne de couple (C) du moteur électrique (9) selon une loi linéaire de gain de réduction en fonction du rayon de giration du véhicule tracté (1) résultant d’un non parallélisme entre ledit véhicule tracté (1) et le véhicule tracteur (1c), en utilisant les valeurs estimées de la vitesse de rotation du véhicule tracté (1) en lacet et de la vitesse longitudinale.
  7. Procédé de pilotage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il consiste à utiliser des valeurs correspondant au devers du véhicule (1).
  8. Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu’il consiste à utiliser un capteur inertiel pour mesurer des valeurs d’accélération selon un axe vertical du véhicule tracté (1) de manière à tenir compte de vibrations résultant d’irrégularités de la route, lesquelles sont susceptibles de générer des valeurs erronées d’efforts de traction.
  9. Système de pilotage pour mettre en œuvre le procédé de pilotage conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un moteur électrique (9) associé à un essieu électrique (2) et équipé d’un capteur de position angulaire, un onduleur, un système d’alimentation en énergie (4) du genre batterie haute tension, un système EBS, au moins un capteur de vitesse de roue (8), un système de filtration et de fusion de données (50) pour fusionner des données de capteurs, au moins un capteur inertiel à au moins un axe pour effectuer une mesure d’accélération longitudinale, un système de contrôle comprenant un système de filtration, une logique de contrôle (40) pour gérer la chaîne de traction et pour fournir la consigne de couple (C) du moteur électrique (9).
  10. Système de pilotage selon la revendications 9, caractérisé en ce qu’il comprend un système de recharge de batterie.
  11. Système de pilotage selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le capteur inertiel comporte trois axes effectuant respectivement une mesure d’accélération longitudinale, transversale et verticale.
  12. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend un gyroscope.
  13. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu’il comprend un système ABS ou EBS.
  14. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la logique de contrôle (40) intègre un modèle de consommation de carburant du véhicule tracteur (1c), utilisé pour déterminer dans quelle mesure le procédé de pilotage doit être déclenché.
  15. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que le système de filtration et de fusion de données (50) intègre un modèle du frottement de la roue (8) sur le sol et/ou un modèle du frottement de l’air sur la carlingue du convoi.
  16. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu’il équipe une remorque.
  17. Système de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu’il équipe une semi-remorque.
  18. Produit programme d’ordinateur pouvant être chargé directement dans une unité de mémoire d’un ordinateur, d’un outil numérique ou d’un système informatique, pour piloter la mise en œuvre des étapes de l’une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque les instructions dudit produit programme d’ordinateur sont exécutés sur l’ordinateur, l’outil numérique ou le système informatique.
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