FR3097508A1

FR3097508A1 - Procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative

Info

Publication number: FR3097508A1
Application number: FR1906544A
Authority: FR
Inventors: Vincent Deschamps
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-12-25

Abstract

L’invention concerne un procédé de régulation de vitesse d’un véhicule automobile (1), le véhicule mettant en œuvre une fonction de régulation de vitesse adaptative, ci-après fonction ACC, 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 l’angle de braquage du véhicule ; - estimer la composante longitudinale des efforts latéraux s’appliquant au véhicule lors du braquage ; - déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser la composante longitudinale des efforts latéraux ; - moduler le couple de consigne par addition du couple de compensation consigne. 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 de façon importante, il se produit 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, la décélération est due aux efforts latéraux que subit le véhicule. En effet, ces efforts 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.

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 des roues du véhicule, 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, ci-après fonction ACC, 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 l’angle de braquage du véhicule ;

- estimer la composante longitudinale des efforts latéraux s’appliquant au véhicule lors du braquage ;

- déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser la composante longitudinale des efforts latéraux ;

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

Ainsi, en se basant sur l’angle de braquage des roues, 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 aux efforts latéraux subis par le véhicule suite au braquage des roues. En effet, la connaissance de l’angle de braquage et de certains paramètres du véhicule, tels que sa vitesse et sa masse, permet d’estimer facilement les efforts latéraux s’appliquant au véhicule lors du braquage, et donc le couple nécessaire pour compenser ces efforts et ainsi éviter toute décélération non désirée. La connaissance du couple nécessaire pour compenser les efforts latéraux 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, le couple de compensation est donné par la formule suivante :

dans laquelle R_roueest le rayon des roues motrices ;

m est la masse du véhicule ;

L_rearest la distance entre l’axe de rotation des roues arrière et le centre de gravité G du véhicule ;

L_frontest la distance entre l’axe de rotation des roues avant et le centre de gravité G du véhicule ;

V est la vitesse du véhicule ;

α est l’angle de braquage de roues avant ;

K est le coefficient de surbraquage du véhicule.

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 un modèle du véhicule et les efforts subis lors d’un braquage.

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 important peut aboutir à une diminution temporaire non souhaitée de la vitesse du véhicule (par exemple parce que le véhicule circule sur un carrefour giratoire), en raison des efforts latéraux qui comportent une composante non nulle selon l’axe longitudinal du véhicule. La décélération induite par ces efforts latéraux peut atteindre des valeurs proches de 0,05 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 afin d’anticiper et contrer ces efforts latéraux, en modulant l’accélération de consigne déterminée par le système de conduite assistée 2.

La figure 2 est un schéma d’un véhicule représenté sous forme d’un modèle « bicyclette », c’est-à-dire un modèle simplifié avec une roue avant et une roue arrière. Sur le schéma de la figure 2, le véhicule est dans une configuration dans laquelle la roue avant est braquée d’un angle α. Dans une telle configuration, on voit que les efforts latéraux Fy_front, Fy_rearqui s’exercent respectivement sur la roue avant et sur la roue arrière sont parallèles à l’axe de rotation de la roue correspondante. L’effort latéral arrière Fy_rearest donc perpendiculaire à l’axe longitudinal du véhicule (correspondant à l’axe AB, axe passant par les centres de rotations A, B, des roues avant et arrière).

En revanche, l’effort latéral avant Fy_frontn’est pas perpendiculaire à l’axe longitudinal AB du véhicule. Il s’ensuit que l’effort latéral avant Fy_frontprésente une composante longitudinale non nulle. C’est cette composante longitudinale, dirigée vers l’arrière du véhicule, qui s’oppose à l’avancement du véhicule, et qui est donc susceptible d’entrainer un ralentissement non souhaité du véhicule lors du braquage si elle n’est pas prise en compte.

La composante longitudinale de l’effort latéral avant Fy_frontest égale à :

Dans la formule ci-dessus, α l’angle de braquage de la roue avant, et Fy_frontest la valeur de l’effort latéral avant, c’est-à-dire l’effort latéral qui s’applique à la roue avant.

Étant donné que :

Dans cette équation :

α est l’angle de braquage de la roue avant ;

m est la masse du véhicule ;

γ_latest l’accélération latérale du véhicule ;

I est le moment d’inertie de lacet du véhicule ;

φ est l’angle de lacet du véhicule, si bien que la dérivée seconde de cet angle est égale à l’accélération de lacet du véhicule ;

L_rearest la distance entre l’axe de rotation des roues arrière et le centre de gravité G du véhicule (distance GB sur la figure 2) ;

L_frontest la distance entre l’axe de rotation des roues avant et le centre de gravité G du véhicule (distance GA sur la figure 2).

Dans la double équation ci-dessus, on néglige le terme cos α, qui est proche 1 lorsque l’angle α est inférieur ou égal à 15°, sachant que l’ordre de grandeur de l’angle de braquage des roues est d’environ 10° sur un rond-point.

Par ailleurs, en négligeant l’accélération de lacet (cas d’un virage établi), la vitesse de lacet divisée par l’angle de braquage s’écrit :

Avec :

K est le coefficient de surbraquage du véhicule ;

C_frontest la rigidité de dérive pneumatique du train avant, qui est une constante pour un pneu et une charge donnés ;

C_rearest la rigidité pneumatique du train arrière, qui est également une constante pour un pneu et une charge donnés.

En outre, en virage établi, l’accélération latérale γ_latcorrespond au produit de la vitesse de lacet par la vitesse longitudinale V.

Ainsi, en négligeant l’accélération de lacet, on obtient l’équation suivante :

Dans laquelle V est la vitesse du véhicule (en ms^- ¹), et K le coefficient de surbraquage. Le coefficient de surbraquage K est une constante pour un véhicule donné, qui est fonction notamment des rigidités de dérive pneumatiques et de la géométrie des trains roulants, comme montré ci-dessus.

On en déduit alors la composante longitudinale Fx de l’effort latéral avant :

La connaissance de cette composante longitudinale Fx permet de déterminer le couple C_roueà appliquer à la roue afin de la compenser :

Soit :

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. En effet, il suffit de connaitre la masse du véhicule, l’angle de braquage, la vitesse du véhicule, ainsi que la distance des trains roulants avant et arrière au centre de gravité G du véhicule, le rayon des pneumatiques, ainsi que le coefficient de surbraquage.

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, ci-après fonction ACC, 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 l’angle de braquage du véhicule ;
- estimer la composante longitudinale des efforts latéraux s’appliquant au véhicule lors du braquage ;
- déterminer un couple de compensation à appliquer aux roues pour compenser la composante longitudinale des efforts latéraux ;
- moduler le couple de consigne par addition du couple de compensation consigne.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le couple de compensation est donnée par la formule suivante :

dans laquelle R_roueest le rayon des roues motrices ;
m est la masse du véhicule ;
L_rearest la distance entre l’axe de rotation des roues arrière et le centre de gravité G du véhicule ;
L_frontest la distance entre l’axe de rotation des roues avant et le centre de gravité G du véhicule ;
V est la vitesse du véhicule ;
α est l’angle de braquage de roues avant ;
K est le coefficient de surbraquage du véhicule.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’angle de braquage est déterminé au moyen d’un capteur d’angle au volant.
Procédé selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel la masse est déterminée au moyen d’un ou plusieurs capteurs de masse.
Procédé selon l’une des revendications 2 et 3, 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 5.
Véhicule automobile (1) équipé d’un système de conduite assistée (2) conforme à la revendication précédente.