FR3097506A1

FR3097506A1 - Procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative

Info

Publication number: FR3097506A1
Application number: FR1906542A
Authority: FR
Inventors: Vincent Deschamps
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: FR3097506B1

Abstract

L’invention concerne un procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile (1), le procédé comportant les étapes consistant à : - déterminer un couple de consigne à appliquer aux roues du véhicule, en fonction d’une accélération de consigne ; - déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser les efforts dus à un braquage en dévers, le couple de compensation étant donné par la formule : Dans laquelle, RRoue est le rayon des roues motrices, M est la masse du véhicule, LAR est la distance entre le centre de gravité du véhicule et le train roulant arrière, θRoue est l’angle de braquage des roues directrices, ω est la vitesse de lacet vu véhicule, Vx est la vitesse longitudinale du véhicule, γy est l’accélération latérale du véhicule ; - moduler le couple de consigne par addition du couple de compensation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative

L’invention se rapporte au domaine des systèmes d’aide à la conduite équipant les véhicules automobiles. Les systèmes d’aide à la conduite, souvent dénommés sous l’acronyme anglais ADAS (pour «Advanced driver-assistance systems»), ont pour but d’alléger la charge du conducteur, notamment en le libérant de certaines tâches, en améliorant son attention et/ou sa perception de l’environnement, en détectant certains risques, en effectuant automatiquement des actions en réponse à la détection de ces risques, etc.

Pour remplir les fonctions souhaitées, les systèmes d’aide à la conduite fonctionnent à l’aide de capteurs équipant le véhicule et permettant de percevoir l’environnement du véhicule, et notamment les véhicules situés à proximité. Cette perception de l’environnement par le système d’aide à la conduite permet de prévenir les risques d’accidents en garantissant le respect de règles prédéfinies, comme par exemple celle d’imposer que le véhicule se maintienne à une distance minimale du véhicule qui le précède.

Parmi les différentes fonctions d’aide à la conduite, il est connu une fonction de régulation longitudinale adaptative, couramment désignée par le sigle anglais ACC (pour «adaptive cruise control»). Cette fonction a pour but de maintenir le véhicule à une vitesse de consigne définie par le conducteur, tout en régulant la vitesse du véhicule pour gérer le suivi d’un véhicule plus lent le cas échéant. Ainsi, si un véhicule circulant à une vitesse inférieure à la vitesse de consigne définie par le conducteur précède le véhicule concerné, le système d’aide à la conduite va gérer le freinage de ce dernier. Toutefois, le conducteur reste responsable de la conduite du véhicule et doit être en mesure d’intervenir à n’importe quel moment si la situation l’exige.

Le fonctionnement d’un système de régulation de vitesse adaptative a pour objectif de commander l’accélération du véhicule, par l’intermédiaire du groupe motopropulseur et du système de freinage piloté. À cet effet, le système doit déterminer une accélération de consigne pour ensuite déterminer le couple à appliquer aux roues. Afin de déterminer l’accélération de consigne, le système de régulation utilise généralement la somme de deux contrôleurs :

un contrôleur adaptatif par action anticipatrice (couramment désigné par l’appellation anglaise « Feedforward »), qui se base sur la connaissance a priori du véhicule : la masse du véhicule est connue ou estimée, la pente de la route est connue grâce à un accéléromètre longitudinal, et en fonction de ces paramètres, il est possible de déterminer quel couple doit être appliqué aux roues pour atteindre une accélération du véhicule donnée ;
un contrôleur à contre-réaction, (généralement désigné sous l’appellation anglaise « feedback »), qui reboucle sur l’erreur entre une accélération cible et une accélération mesurée.

Dans certaines situations, par exemple lorsque le conducteur braque son véhicule que celui-ci se trouve en dévers, il se peut se produire une décélération non désirée du véhicule. Cette décélération est corrigée par le contrôleur à contre-réaction, mais avec un certain retard. Dans le cas d’un braquage en dévers, la décélération est due aux efforts latéraux que subit le véhicule ainsi qu’à l’action de la pesanteur. En effet, les efforts latéraux comprennent une composante parallèle à l’axe longitudinal du véhicule qui n’est pas nulle, et qui est dirigée vers l’arrière du véhicule, s’opposant ainsi à son avancement. En outre, en fonction du sens du devers, l’action de la pesanteur peut elle aussi s’opposer à l’avancement du véhicule

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’état de la technique, et plus particulièrement ceux ci-dessus exposés, en proposant un procédé de régulation de vitesse pour un véhicule automobile mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative qui permette, lors d’un braquage du véhicule en situation de dévers, de limiter au maximum toute décélération non souhaitée.

À cet effet, l’invention concerne un procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile, le véhicule mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative, le procédé comportant les étapes consistant à :

- déterminer un couple de consigne à appliquer aux roues du véhicule, en fonction d’une accélération de consigne ;

- déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser les efforts dus à un braquage en dévers, le couple de compensation étant donné par la formule :

Dans laquelle,

R_Roueest le rayon des roues motrices,

M est la masse du véhicule,

L_ARest la distance entre le centre de gravité du véhicule et le train roulant arrière,

θ_Roueest l’angle de braquage des roues directrices,

ω est la vitesse de lacet vu véhicule,

V_xest la vitesse longitudinale du véhicule,

γ_yest l’accélération latérale du véhicule ;

- moduler le couple de consigne par addition du couple de compensation.

Ainsi, le procédé conforme à l’invention permet d’estimer le couple qu’il est nécessaire d’appliquer aux roues afin d’éviter toute décélération due au braquage des roues lorsque le véhicule est dans un dévers. En effet, la connaissance de l’angle de braquage, de la vitesse de lacet, de l’accélération latérale, et de certains paramètres du véhicule tels que sa vitesse et sa masse permet d’estimer facilement le couple nécessaire pour compenser les efforts latéraux subis par le véhicule et l’action de la gravité, et ainsi éviter toute décélération non désirée lors du braquage en dévers. La connaissance du couple nécessaire pour compenser ces efforts permet de le prendre en compte au niveau du contrôleur de type Feedforward, évitant ainsi une décélération momentanée le temps que celle-ci soit compensée par le contrôleur de type Feedback.

Dans une réalisation, l’angle de braquage est déterminé au moyen d’un capteur d’angle au volant.

Dans une réalisation, la masse est déterminée au moyen d’un ou plusieurs capteurs de masse.

Dans une réalisation, la masse est estimée en fonction de la variation de l’effort moteur généré aux roues du véhicule et de la variation de l’accélération du véhicule.

L’invention concerne également un système de conduite assistée comportant un calculateur, au moins un capteur et des actionneurs agencés pour mettre en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus.

L’invention concerne également un véhicule automobile équipé d’un système de conduite assistée tel que défini ci-dessus et/ou mettant en œuvre un procédé tel que défini plus haut.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

La figure 1 représente un véhicule automobile équipé d’un système de conduite assistée permettant la mise en œuvre d’un procédé conforme à l’invention.

La figure 2 représente la direction de l’axe longitudinal d’un véhicule situé sur une portion de route en dévers.

La figure 1 représente un véhicule automobile apte à mettre en œuvre une ou plusieurs fonctions d’aide à la conduite, et qui est à cet effet équipé d’un système de conduite assistée 2. Dans la suite de la présente description ce véhicule sera dénommé véhicule hôte 1. Le système de conduite assistée 2 comporte notamment un calculateur 10, des actionneurs 12, ainsi qu’une pluralité de détecteurs, dans l’exemple une pluralité de capteurs 14a, 14b, 16a, 16b, 18 répartis sur l’avant, l’arrière et les côtés du véhicule hôte 1. Ces capteurs peuvent inclure un ou plusieurs des types de capteurs suivants : capteurs à ultrasons, radars, lidars, caméras à vision de jour, caméras à vision de nuit, etc. Le système de conduite assistée 2 comporte dans l’exemple quatre caméras 18 (soit une caméra avant, une caméra arrière et deux caméras latérales) et une pluralité de capteurs 14a, 14b, 16a, 16b de type capteur à ultrasons et/ou radar et/ou lidar. Le calculateur 10 reçoit les données fournies par l’ensemble des capteurs 14a, 14b, 16a, 16b et par l’ensemble des caméras 18.

Grâce à l’ensemble de ces capteurs, le calculateur 10 est apte à détecter la présence d’obstacles dans l’environnement du véhicule, et en particulier la présence de véhicules dans cet environnement, que ce soit sur la voie courante du véhicule hôte 1 ou sur les voies adjacentes.

Le calculateur 10 est par ailleurs relié à une pluralité d’actionneurs 12, qui comportent des dispositifs aptes à agir notamment sur l’accélérateur et le système de freinage du véhicule hôte, afin d’en contrôler l’allure. Avantageusement, les actionneurs 12 comportent également des dispositifs aptes à agir sur la direction du véhicule afin d’en contrôler la trajectoire.

Le système de conduite assistée est configuré pour mettre en œuvre, dans un mode de conduite assistée, une ou plusieurs fonctions d’assistance, dont notamment une fonction de régulation de vitesse adaptative, ci-après fonction ACC. Ainsi que mentionné plus haut, une telle fonction permet de réguler la vitesse du véhicule sans intervention du conducteur (ce dernier devant toutefois conserver le contrôle du véhicule, et en particulier le contrôle de la direction, puisqu’il s’agit là d’une fonction d’assistance), en respectant une consigne de distance de sécurité vis-à-vis du véhicule précédant le véhicule hôte, c’est-à-dire un écart minimum entre ces deux véhicules. La fonction ACC est en outre apte à gérer le ralentissement du véhicule, si le ralentissement du véhicule le précédant l’impose. De préférence, le système de conduite assistée 2 comporte au moins une caméra et un capteur de type radar pour mettre en œuvre la fonction ACC décrite ci-dessus.

Le système de conduite assistée, pour mettre en œuvre la fonction ACC, détermine une accélération de consigne, et, à partir de cette accélération de consigne, détermine le couple qu’il est nécessaire d’appliquer aux roues. L’accélération de consigne dépend notamment de la différence entre la vitesse du véhicule et la vitesse de consigne entrée par le conducteur lors de la mise en œuvre de la fonction ACC (cette vitesse de consigne pouvant être modulée par le système de conduite automatisée en fonction de l’écart avec le véhicule précédent).

Comme mentionné plus haut, un braquage des roues combiné à une situation de dévers du véhicule peut aboutir à une diminution temporaire non souhaitée de la vitesse du véhicule, en raison des efforts latéraux cumulés à l’action de la gravité. La décélération induite par l’ensemble de ces efforts peut atteindre des valeurs égales proche de 0,5 g voire supérieures. On décrit ci-après, en relation avec la figure 2, comment le procédé conforme à l’invention permet de tenir compte du braquage du véhicule dans une situation de dévers, afin d’anticiper et contrer les efforts s’opposant à l’avancement du véhicule, en modulant l’accélération de consigne déterminée par le système de conduite assistée 2.

L’action du contrôleur par action anticipatrice mentionné plus haut, ou contrôleur Feedforward, est basée sur la connaissance de la masse du véhicule et sur la maîtrise du couple à la roue (généré par le moteur ou par le système de freinage), et consiste à déterminer quel couple il est nécessaire d’appliquer aux roues pour générer l’accélération longitudinale voulue, selon le modèle très simple donné par l’équation suivante :

Où M est la masse du véhicule ;

a_xl’accélération longitudinale du véhicule ;

C_rouela couple à la roue ;

R_roulementle rayon des roues motrices ;

On en déduit donc simplement que, pour générer une accélération longitudinale a_x, le couple à la roue C_roueest donné par l’équation suivante :

L’équation ci-dessus est valable lorsque le véhicule roule sur une route horizontale, et en ligne droite.

Dans le cas d’un véhicule roulant en pente et en dévers, avec un angle de braquage roue, Cette équation n’est plus valable. On se place dans le cas schématisé sur la figure 2, dans lequel le véhicule se trouve sur une route confondue avec un plan P formant un angle α avec l’horizontale (cf. figure 2), l’axe longitudinal X du véhicule formant un angle β avec l’horizontale.

Selon l’axe longitudinal du véhicule :

Selon l’axe transversal du véhicule :

Autour de l’axe vertical (ou axe de lacet) :

Dans les trois équations ci-dessus, on retrouve les paramètres suivants :

M est la masse du véhicule ;

g est l’accélération de la pesanteur (soit 9,81 ms^-2) ;

I_zest le moment d’inertie autour de l’axe vertical du véhicule, ou moment d’inertie de lacet du véhicule ;

L_avest la distance entre le centre de gravité du véhicule et le train roulant avant ;

L_arest la distance entre le centre de gravité du véhicule et le train roulant arrière ;

L= L_ar+ L_avest l’empattement du véhicule, soit la distance entre les deux trains roulants.

On retrouve en outre les variables suivantes :

V_xest la vitesse longitudinale du véhicule ;

V_yest la vitesse latérale du véhicule ;

φ est l’angle de lacet du véhicule ;

F_xavest l’effort pneumatique longitudinal total du train avant, c’est-à-dire la somme des efforts longitudinaux s’appliquant aux roues avant ;

F_xarest l’effort pneumatique longitudinal total du train arrière, c’est-à-dire la somme des efforts longitudinaux s’appliquant aux roues arrière ;

θ_Roueest l’angle de braquage des roues avant ;

α est l’angle de dévers, soit l’angle entre le plan contenant les axes longitudinal et transversal du véhicule et le plan horizontal ;

β est l’angle entre l’axe longitudinal du véhicule et l’axe correspondant à l’intersection entre les deux plans précédents.

On en déduit alors que :

Dans l’équation ci-dessus, certains termes peuvent être négligés :

- est relativement faible, car la vitesse latérale du véhicule est faible ;

- Les termes et sont des termes transitoires qui peuvent également être négligés ;

Ce qui induit :

Si on décompose cette expression en quatre termes, il vient :

C’est le terme principal, il correspond à l’effort nécessaire pour accélérer un véhicule de masse M sur le plat. Des valeurs courantes sont par exemple 0.2g en accélération et -1g en freinage.

Ce terme correspond à l’effort nécessaire pour tenir la vitesse du véhicule constante dans une pente. Cela correspond à la pente, donc peut monter, pour des pentes de 20% à une valeur de l’ordre de 0.2g.

Ce terme correspond à la portion d’effort latéral du train avant projeté sur l’axe longitudinal du véhicule et non nul du fait du braquage de la roue. Dans un rond-point à 0.4g d’accélération latérale et une vitesse de l’ordre de 30km/h, cela correspond typiquement à un angle roue de l’ordre de 9°, ce qui donne une valeur de l’ordre de 0.35m.s^-2, ce qui n’est donc pas forcément négligeable (cela correspond par exemple à l’ordre de grandeur de la décélération obtenue avec un frein moteur)

Ce terme correspond à l’effort nécessaire pour tenir en équilibre un véhicule en dévers avec les roues braquées. À vitesse quasiment nulle, en travers d’une pente de 20%, pour un braquage de roues important de 20° à la roue, cela correspond à un équivalent de 4% de pente, i.e. une décélération de 0.4m.s^-2, donc ce terme n’est pas forcément négligeable (il est également équivalent à l’ordre de grandeur d’un frein moteur).

Et sachant que sur le véhicule, on mesure les variables suivantes :

Il vient que pour générer une accélération longitudinale cible , il faut de générer le couple à la roue :

Il s’agit bien de la somme de tous les termes explicités ci-dessus, et non pas uniquement le terme , qui correspond à l’effort nécessaire pour accélérer un véhicule de l’accélération dans une pente.

Le dernier terme est égal à la somme de : qui est la décélération induite par un braquage des roues sur le plat et de qui est la décélération induite par un braquage des roues sur une route en dévers.

On obtient finalement l’équation :

Le couple ainsi calculé représente le couple de compensation à ajouter au couple déterminé à partir de l’accélération de consigne.

Ainsi, le procédé conforme à l’invention permet d’estimer très simplement le couple qu’il est nécessaire d’appliquer aux roues afin de compenser la décélération provoquée par un braquage du véhicule lorsque le véhicule est en dévers. En effet, il suffit de connaitre la masse du véhicule, l’angle de braquage des roues, la vitesse du véhicule, la vitesse de lacet et l’accélération latérale, ainsi que la distance des trains roulants avant et arrière au centre de gravité G du véhicule et le rayon des pneumatiques,

La masse du véhicule pourra être déterminée au moyen de capteurs, ou estimée grâce au procédé objet de la demande de brevet FR 3 054 660 intitulée « Procédé pour estimer la masse d’un véhicule automobile »). Un tel procédé permet d’estimer la masse d’un véhicule en mouvement, en se basant sur la variation de l’effort moteur généré aux roues du véhicule et sur la variation de l’accélération du véhicule.

L’angle de braquage peut être déterminé au moyen d’un capteur d’angle de volant, en connaissant le rapport de démultiplication de la direction.

Claims

Procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile (1), le véhicule mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative, le procédé comportant les étapes consistant à :
- déterminer un couple de consigne à appliquer aux roues du véhicule, en fonction d’une accélération de consigne ;
- déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser les efforts dus à un braquage en dévers, le couple de compensation étant donné par la formule :

Dans laquelle,
R_r _ou _l _e _mentest le rayon des roues motrices,
M est la masse du véhicule,
L_ARest la distance entre le centre de gravité du véhicule et le train roulant arrière,
θ_Roueest l’angle de braquage des roues directrices,
ω est la vitesse de lacet vu véhicule,
V_xest la vitesse longitudinale du véhicule,
γ_yl’accélération latérale du véhicule ;
- moduler le couple de consigne par addition du couple de compensation.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’angle de braquage est déterminé au moyen d’un capteur d’angle au volant.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la masse est déterminée au moyen d’un ou plusieurs capteurs de masse.
Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la masse est estimée en fonction de la variation de l’effort moteur généré aux roues du véhicule et de la variation de l’accélération du véhicule.
Système de conduite assistée (2) comportant un calculateur (10), au moins un capteur (14a, 14b, 16a, 16b, 18) et des actionneurs (12) agencés pour mettre en œuvre le procédé conforme à l’une des revendications 1 à 4.
Véhicule automobile (1) équipé d’un système de conduite assistée (2) conforme à la revendication précédente.