WO2020169919A1 - 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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WO2020169919A1
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electric motor
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vehicle
trailer
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Jérôme SIEFFERT
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Lohr Industrie
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Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of vehicles, for example vehicles and road convoys of the conventional or specific type trailers and semi-trailers when it concerns, for example, car carriers.
  • the invention also relates to the technical field of the hybridization of vehicles, in which an axle associated with an electric, hydraulic or pneumatic motor is integrated to ensure its drive at least intermittently.
  • the present invention relates more particularly to a method and a system for controlling an electric axle.
  • the latter thus enables a trailer or a semi-trailer to provide traction / braking assistance to the towing vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide a new axle control system for implementing the method of controlling said axle.
  • Another object of the present invention is to provide a novel axle control system for ensuring interoperability with various types of towing vehicles without modifying the existing interfaces.
  • the objects assigned to the invention are achieved using a power control method of an electric axle of a towed vehicle, of the trailer or semi-trailer type, towed by a towing vehicle to form a convoy, said electric axle being associated with at least one electric motor to provide traction assistance to the convoy during traction by the towing vehicle, consisting in determining a torque setpoint for the electric motor, characterized in that it comprises the steps :
  • the fusion of the data coming from the sensors comprises the reuse of a Kalman filter, which performs at least the fusion of the data coming from the sensors, in particular the data coming from the inertial sensor, of the speed of the electric motor. , the mass of the convoy and the torque setpoint transmitted to the electric motor to provide estimated values of physical and dynamic parameters of the convoy.
  • the effort estimate includes the following steps:
  • the mass of the towed vehicle is estimated from a measurement of the pressure in the bellows of a pneumatic suspension of the towed vehicle, said measurement being carried out by an EBS system.
  • the control method consists in reducing the torque setpoint of the electric motor according to a linear law of reduction gain as a function of the radius of gyration of the towed vehicle resulting from non-parallelism between said towed vehicle and the towing vehicle, using the estimated values of the speed of the towed vehicle in yaw and of the longitudinal speed.
  • control method consists in using values corresponding to the slope of the vehicle.
  • the control method consists in using an inertial sensor to measure acceleration values along a vertical axis of the towed vehicle so as to take account of vibrations resulting from irregularities in the road, which are liable to to generate erroneous values of tensile forces.
  • control system characterized in that it comprises an electric motor associated with an electric axle and equipped with a position sensor, an inverter, an energy supply system of the high voltage battery type, an EBS system, at least one wheel speed sensor, a data filtration and fusion system for merging sensor data, at least one at least one axis inertial sensor for performing a longitudinal acceleration measurement, a control system comprising a filtration system, control logic to manage the traction chain and to supply the torque setpoint for the electric motor.
  • the system comprises a battery recharging system.
  • the inertial sensor has three axes respectively performing a longitudinal, transverse and vertical acceleration measurement.
  • the system comprises a gyroscope.
  • the system comprises a system
  • control logic integrates a model of the fuel consumption of the towing vehicle, used to determine to what extent the control process must be triggered.
  • the filtration and data fusion system integrates a model, a model of the friction of the wheel on the ground and / or a model of the friction of the air on the cabin of the convoy.
  • control system is fitted to a trailer.
  • control system equips a semi-trailer.
  • the objects assigned to the invention are also achieved using a computer program product that can be loaded directly into a memory unit of a computer, a digital tool or a computer system, to control the implementation of the steps of a driving method presented above, when the instructions of said computer program product are executed on the computer, the digital tool or the computer system.
  • the control method according to the invention has the enormous advantage of ensuring total independence from the towing vehicle during its implementation.
  • the control method can thus be implemented when the trailer or semi-trailer is towed by an old towing vehicle, not designed specifically for trailers or semi-trailers equipped with at least one electric axle.
  • the control system according to the invention thus has the advantage of operating in a completely autonomous manner in determining the traction forces, while integrating control and command functionalities which will allow it to be integrated into standardized systems incorporating exchanges of traction data between towing vehicle and towed vehicle.
  • the control system according to the invention is therefore interoperable between standard tractors and tractors equipped with a serial interface dedicated to traction systems for trailers.
  • the piloting method advantageously makes it possible to secure the piloting method in bends, in a straight line and at any constant or variable speed, in a reliable and economical manner.
  • the control system advantageously makes it possible to detect slowing down of the convoy, in order to detect the braking linked to the retarders installed on the towing vehicles which do not always generate signals on the braking members of the freight transport trailer.
  • the control system assists the towing vehicle in such a way that the user does not perceive the assistance, in particular by generating little or no vibration or longitudinal jerks.
  • FIG. 1 is an illustration of a semi-trailer comprising an electric axle control system according to the invention
  • FIG. 2 is an illustration of a trailer comprising an electric axle control system according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of an electric axle driven by means of the steering method according to the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of an electric axle controlled by means of the control method according to the invention
  • FIG. 5 is a functional flowchart of an example of implementation of the piloting method according to the invention
  • disengaged or "in a disengaged state” should be understood in the broad sense, that is to say “not ensuring transmission of movement”. These terms can therefore also relate to clutch devices and not only to clutch devices.
  • FIG. 1 illustrates a towed vehicle 1 of the semi-trailer type shown partially in transparency to visualize an electric axle 2 associated with an electric motor and a conventional axle 3.
  • An energy supply system 4 is integrated in the lower part of said semi. -trailer.
  • the electric axle 2 equipped with a central mechanism according to the invention can alternatively also be fitted to a trailer or any other road vehicle.
  • the towed vehicle 1 can be any type of road vehicle, but preferably a trailer or a semi-trailer, for example a trailer or a semi-trailer of a car transporter.
  • FIG. 2 is an illustration of a trailer 1 having an electric axle control system 2.
  • Trailer 1 also has a front axle 3, non-motorized and secured to a drawbar 1a. The latter is connected at the level of a kingpin lb to a towing vehicle.
  • Figure 3 shows an external and perspective view of an embodiment of the electric axle 2, comprising a central housing 5 incorporating a transmission of rotational movement 5a.
  • the transmission of rotational movement 5a may be of the mechanical type, comprising for example pinions, a belt and / or a chain.
  • the transmission of rotational movement 5a can also be of the hydraulic, pneumatic or any other known type.
  • Electric axle 2 also has two axle ends 6 hollow connected to the housing 5 with one of their ends, for example by bolting or welding.
  • the other end of the axle ends 6 comprises a hub 7 on which is mounted a wheel 8.
  • the latter can be produced in the form of a single or double wheel.
  • the axle ends 6 can be made in one piece with the housing 5.
  • the electric axle 2 also comprises an electric motor 9, mounted on the housing 5 and having a rotary shaft 9a parallel to the axis of the axle 2.
  • the electric motor 9 is capable of driving the wheels 8 and / or a or more auxiliary equipment 10.
  • An auxiliary equipment 10 is for example a hydraulic or pneumatic system.
  • a rotary member advantageously constitutes the shaft of rotation of the auxiliary equipment 10.
  • the rotary member constitutes a power take-off accessible from the outside of the housing 5 and capable of being coupled to the auxiliary equipment 10.
  • the hydraulic system is a hydraulic pump 10 'mounted on the casing 5, for example in the extension of the electric motor 9.
  • Each auxiliary equipment 10 preferably comprises at least one rotary member, for example intended to be driven at rotation by the electric motor 9 or by the rotation of the wheels 8.
  • the electric motor 9 can operate in a reversible manner to recharge the energy supply system 4, for example during the braking phases of the convoy.
  • the electric axle 2 comprises at least one wheel 8 mounted on each end of the axle 6.
  • it also comprises a braking system, a suspension system 11 and a damping system 12. These systems are known as such and are therefore not described further.
  • the energy supply system 4 is rechargeable and on board the trailer 1. It is designed to supply the electric motor 9 with electrical energy.
  • the power supply system 4 advantageously comprises at least one electric power reserve of the electric battery or super-capacity type.
  • axles 6 fixed to the housing 5 each comprise a shaft 6a establishing the kinematic connection between the hub 7 and the transmission of rotational movement 5a of the housing 5.
  • the housing 5 is advantageously made in two parts, for example to allow the mounting of the transmission elements.
  • the electric motor 9 is connected to the rotational movement transmission 5a by means of an at least partially disengageable kinematic linkage, comprising for example a disengagement or interconnection device. It is indeed important to have a clutch or clutch device provided between the electric motor 9 and a differential so as to drive the load or an auxiliary equipment 10, when stationary, without driving the wheels 8. In fact, said clutch or clutch device may be provided in several places.
  • the at least partially disengageable kinematic link is provided to enable and disable the kinematic link between the electric motor 9 and the rotational movement transmission 19 and / or between said electric motor 9 and the rotary member of the auxiliary equipment 10.
  • the transmission of rotational movement 5a may have several reduction ratios, of the gearbox type.
  • the clutch or clutch device as well as a possible synchronism device, are not necessarily necessary if you change gear when stationary or without load.
  • the transmission of rotational movement 5a integrates a transmission and a differential.
  • the transmission of rotational movement 5a integrates a reduction between the rotary shaft 9a of the electric motor 9 and the shaft 6a of the axle ends 6. It can for example be produced in one, two or three stages to adapt the speed of the electric motor 9 at the speed of the wheels 8 according to the characteristics specific to the electric motor 9. It is also possible to have a reduction between the shaft of the electric motor 9 and the rotary member of the auxiliary equipment 10 .
  • each hub 7 can also incorporate a reduction gear, this to allow greater amplification.
  • FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of the electric axle 2, capable of being controlled by means of the control method according to the invention.
  • the electric motor 9 is kinematically connected to the rotational movement transmission 5a by means of a motor shaft 9a.
  • motor 9 is therefore deported of the axle 2.
  • the control method according to the invention can be envisaged on architectures of this type, for example as a retrofit for convoys integrating a plurality of engines.
  • Australian “Power-trains” that is to say convoys made up of a towing vehicle and a multitude of trailers which could all be fitted with an electric axle.
  • FIG. 5 is a functional flowchart of an example of implementation of the piloting method according to the invention.
  • the towing vehicle thus receives information 10, comprising in particular control instructions and disturbances, coming from the road / journey and / or from a driver.
  • the towing vehicle then transmits the coupling forces and braking instructions II to the trailer 1 including the electric axle 2.
  • the trailer 1 is equipped with a control system 20 making it possible to implement a control strategy, in this case a control of the electric axle 2.
  • the control system 20 comprises for example a calculation unit 30 and d 'control logic 40.
  • the calculation unit 30 makes it possible to transmit information 15 and / or measurements to the control logic 40.
  • the primary information 15 includes for example:
  • the calculation unit 30 makes it possible, from primary information 12, to calculate secondary information, in particular the reference speed V R of the trailer 1 and the slope P to which said trailer 1 is subjected.
  • the reference speed V R is calculated from the EBS speed and the speed of the electric motor. Knowing the maximum acceleration variation of the convoy in traction and braking, we can determine a speed approaching the actual speed of the convoy, particularly in low grip situations where the wheels risk slipping relative to the ground. The literature is extremely important on this subject. This reference speed V R is important so that it correlates with the acceleration values seen by the accelerometer.
  • the estimated value of the slope P is obtained as follows.
  • the slope P to which the convoy and the trailer 1 is subjected is calculated by combining the reference speed V R and the instantaneous acceleration measured by the inertial sensor: a aC DCer (t).
  • aaccelerator (t) aREF (t) + g * S ⁇ l (0)
  • the estimated slope information is low frequency to detect the phases during which the trailer is up or down.
  • a filtering is carried out to filter the consecutive values of slope by limiting the derivative of this signal. This makes it possible to have a stable signal which feeds the control logic 40.
  • the control logic 40 makes it possible to manage the traction chain of the convoy and supplies the torque setpoint C to the electric motor 9 according to the states of the various components.
  • the control system 20 also comprises a data filtration and fusion system 50, also called an estimator, which makes it possible to estimate the traction force of the towing vehicle on the convoy, as a function of real measured values, for example by sensors, to adjust the torque setpoint C to the electric motor 9 to provide assistance which is correlated with the acceleration desired by the driver.
  • This estimator makes it possible to determine an image value of the traction force of the towing vehicle on the convoy, while subtracting the force value supplied by the electric motor 9.
  • the data filtration and fusion system 50 advantageously includes an extended Kalman filter.
  • the latter is known as such and will therefore not be described in more detail.
  • estimators such as deterministic Luenberger observers or others, would be quite possible.
  • the control system is designed to transmit the information 12 from the trailer 1 and from the electric axle 2 to the computing unit 30.
  • This information 12 includes in particular:
  • Information 13 and 15 relating in particular to the reference speed VR and to the slope P, are transmitted respectively to the data filtration and fusion system 50 and to the control logic 40.
  • the information 13 includes in particular the acceleration measurement value, the mass of the trailer or the mass of the convoy obtained by interpolation, the instantaneous torque applied by the electric motor 9 on the axle 2, the reference speed VR OR the speed supplied by the EBS system and the rotational speed of the electric motor 9.
  • the information 15 includes in particular the information 12 to which is added the reference speed VR and the slope P.
  • the data filtration and fusion system 50 then transmits information 14, namely the estimated and reset tractive force, to the control logic 40.
  • the latter then generates information 16 corresponding to a torque setpoint C that it transmits to the electric motor 9 of axle 2.
  • Figure 6 schematically illustrates an application of the control method according to the invention.
  • the piloting process effectively makes it possible to implement a securing of the convoy in turns.
  • the speed of rotation of the trailer 1 in yaw and the angle of cant are estimated and enter into the regulation of traction as additional parameters to decrease assistance in situations that could compromise the stability of the convoy.
  • the aforementioned rotational speeds can be obtained, for example, by the EBS system using the differential speed V2 - Vi at the level of the wheels 8 and by a gyroscope based on MEMS or fiberglass type technologies, to obtain the instantaneous speed of rotation. w from trailer 1.
  • the lateral acceleration A t is measured by the inertial sensor along the lateral axis of the trailer 1.
  • Vmoy being the average speed of Vi and V 2
  • g being the acceleration of gravity
  • the value of the turning radius of the towing vehicle le may be used as input data for more than safety and precision. Since the means for determining the curvature of the road are multiple, redundancy can then be easily implemented for greater safety. As an example, the EBS system can perform this calculation on the one hand and a VECU system can carry out this calculation on the other hand to make it possible to interrupt the traction in situations which risk compromising the stability of the convoy.
  • Ai and A2 being respectively the distance between a rear axle ld of the towing vehicle le and the kingpin lb, and the distance between the midpoint M according to the longitudinal extension of the trailer 1 and the kingpin lb, r roU e being the radius of wheel 8 of trailer 1.
  • the control method makes it possible to reduce the torque setpoint C of the electric motor 9 according to a linear law of a reduction gain as a function of the radius of gyration of the convoy resulting from a non-parallelism between said trailer 1 and the towing vehicle the.
  • curve A in Figure 7 shows the percentage of engine torque setpoint C as a function of the inverse of the radius of gyration 1 / R.
  • Fa setpoint C is only reduced from a predetermined value Ro. Fes large radii of gyration, corresponding to curvature values lower than 1 / Ro, are therefore not affected by a decrease in said setpoint C.
  • Fa curve B illustrates this reduction gain controlled by a safety relay, of the all-or-nothing type, allowing the calculation and the effects of a trip to be offset on another control unit, for example that of the EBS system or by switches.
  • a safety relay of the all-or-nothing type, allowing the calculation and the effects of a trip to be offset on another control unit, for example that of the EBS system or by switches.
  • the "limit switch" type to achieve an additional level of safety in the operating safety standards, by example SIL (Safety Integrity Level), ASIL (Automotive Safety Integrity Level), PL (Performance Level).
  • the kinetic energy of the convoy can be recovered during the braking phases in order to recharge the battery.
  • the control torque of the electric motor 9 can be controlled:
  • the driver decides to release the brakes. Thanks to information from the braking system: brakes released and zero or near zero speed, the ECU tells the inverter not to supply torque C,
  • the driver begins to accelerate the convoy. Thanks to the information from the braking system: brakes released and speed greater than a threshold speed called “quasi-zero”, the ECU indicates to the inverter that it can supply torque C to the electric motor 9.
  • the estimator takes into account input the acceleration of the convoy, the speed of the convoy, the speed of the electric motor 9 and the mass of the convoy and the torque supplied by the motor which is zero at this moment. Reference may be made to information 13. It then estimates a force Fl image of the traction of the motor of the towing vehicle on the convoy. It indicates to the inverter to supply a pair of values Cl image of Fl,
  • the driver accelerates the convoy in the same way. Thanks to the information from the braking system: brakes released and speed greater than a threshold speed called “quasi-zero”, the ECU indicates to the inverter that it can supply torque C to the electric motor 9.
  • the estimator determines on the basis of the information 13 the same force Fl image of the traction of the engine of the towing vehicle on the convoy despite the fact that the electric motor 9 has added a contribution to the overall acceleration of the convoy. It tells the inverter to supply a torque of Cl value image of Fl. If the driver keeps the same acceleration setpoint, Cl and Fl are stable. If the driver finds that the acceleration he is getting is too great, he will reduce his instruction until he is satisfied, just as he would on a conventional convoy. This state will lead to the determination of stable values of torque C2 and force F2 as well,
  • the driver decides to maintain his speed without accelerating. Thanks to the information of the braking system: brakes released and speed higher than a speed known as "near zero" the ECU indicates to the inverter that it can supply torque to the electric motor 9.
  • the estimator determines on the basis of the information 13 a lower force F3 image of the traction of the engine of the towing vehicle.
  • the control logic 40 it indicates to the inverter to provide a torque of value C3 image of F3 and modulated by a control strategy that can be modified according to the type of route to optimize energy savings. It is in fact known to those skilled in the art that heat engines have relatively good efficiency at stabilized speeds and low torque. In this case, we could decide to set the setpoint to 0,
  • the driver always maintains the speed of the convoy, but the convoy is on a climb, a hill. Thanks to the information from the braking system: brakes released and speed higher than a so-called "quasi-zero" speed the ECU indicates to the inverter that it can supply torque C to the electric motor 9.
  • the estimator determines on the basis information 13 a force F4 greater than F3 image of the traction of the engine of the tractor vehicle since the tractor vehicle is obliged to provide more effort to maintain its speed.
  • the control logic 40 it indicates to the inverter to supply a pair of value C4 image of F4.
  • the control strategy 40 detects that F4 has exceeded a threshold and indicates to the inverter to control the motor with a torque C4 image of F4 and modulated by the control logic 40, - the convoy circulates again on a flat relief.
  • the driver decides to slow down using the retarder. Thanks to the information from the braking system: brakes released and gear higher than a so-called "near zero" speed, the ECU indicates to the inverter that it can supply torque to the electric motor.
  • the estimator determines on the basis of the information 13 a negative force F5 image of the braking due to the retarder. According to the control logic 40, it tells the inverter to supply a negative torque of value C5 image of a force F5 which allows it to partially recharge the battery,
  • the driver decides to slow down more strongly by using the conventional braking system. Thanks to information from the braking system: brakes controlled at a certain value and speed greater than a so-called “quasi-zero” threshold speed, the ECU indicates to the inverter that it can supply negative torque C to the electric motor 9. According to the control logic 40, it tells the inverter to supply a negative torque of value C6 image of the slowing down desired by the conventional braking system which allows it to partially recharge the battery,
  • the driver decelerates until he reaches a so-called "near zero" threshold speed.
  • the ECU indicates to the inverter not to supply any more torque.
  • the control system thus makes it possible to implement a method of controlling the power of an electric axle 2 of a towed vehicle 1, of the trailer or semi-trailer type, towed by a towing vehicle to form a convoy, said axle electric motor 2 being associated with at least one electric motor 9 to provide traction assistance to the convoy during traction by the towing vehicle 1c, consisting in determining a torque setpoint C for the electric motor 9.
  • the control method comprises Steps :
  • the effort estimate includes the following steps:
  • the data includes values measured through an EBS system.
  • the mass of the towed vehicle is estimated from a measurement of the pressure in the bellows of a pneumatic suspension of the towed vehicle 1, said measurement being carried out by an EBS system.
  • the control method consists in reducing the torque setpoint of the electric motor 9 according to a linear law of reduction gain as a function of the radius of gyration of the towed vehicle 1 resulting from a non-parallelism between said vehicle towed 1 and the towing vehicle 1c, using the estimated values of the speed of the towed vehicle 1 in yaw and of the longitudinal speed.
  • control method consists in using values corresponding to the slope of the vehicle.

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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.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE PILOTAGE D’UN ESSIEU ELECTRIQUE D’UNE REMORQUE OU SEMI-REMORQUE
Domaine technique
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. On connaît également, par l’intermédiaire du document US 2018/0093655 Al, un système permettant d’optimiser la consommation de carburant et l’utilisation de l’énergie électrique d’une batterie d’un convoi. Un tel système permet d’optimiser le rendement d’un moteur thermique par l’intermédiaire d’un asservissement de la vitesse. Une telle optimisation n’est cependant obtenue que pour une trajectoire donnée et à vitesse constante. Le système décrit présente donc un certain nombre d’inconvénients.
Exposé de l’invention
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, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
- a) utiliser des capteurs de paramètres physiques disposés sur le véhicule tracté pour fournir des données mesurées se rapportant au dit convoi,
- b) utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté pour fournir des données mesurées se rapportant à l’accélération du convoi,
- c) effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le véhicule tracté, ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul,
- d) estimer par calcul et à partir du résultat de la fusion des données, l’effort de traction sur le véhicule tracté, et
- calculer en temps réel, pour toutes trajectoires droites ou courbes et pour toutes vitesses constantes ou variables, 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 rutilisation 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 l’effort comprend les étapes suivantes:
- (el) 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 VR du 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 (el), (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.
Selon un exemple de mise en œuvre, la masse du véhicule tracté est estimée à partir d’une mesure de pression dans des soufflets d’une suspension pneumatique du véhicule tracté, ladite mesure étant effectuée par un système EBS.
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.
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, en ligne droite et à n’importe quelle vitesse constante ou variable 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 la. Ce dernier est relié au niveau d’un pivot d’attelage lb à un véhicule tracteur le.
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 5 a. 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 5 a 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 5 a 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 5 a 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 5 a 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 le reçoit ainsi des informations 10, comprenant notamment des instructions de commande et des perturbations, provenant de la route / trajet et/ou d’un chauffeur. Le véhicule tracteur le transmet ensuite des efforts d’attelage et des instructions de freinage II 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 15 et/ou des mesures à la logique de contrôle 40.
Les informations primaires 15 comprennent par exemple :
- la vitesse provenant du système EBS,
- les consignes de freinage provenant du système de freinage du tracteur le, 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 :
(*) au niveau d’un onduleur et du moteur électrique 9, la température, la puissance disponible, les états de fonctionnement,
(**) 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,
(***) 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 12, de calculer des informations secondaires, notamment la vitesse de référence VR de la remorque 1 et la pente P à laquelle est soumise ladite remorque 1.
La vitesse de référence VR est 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 VR est 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 VR et l’accélération instantanée mesurée par lu capteur inertiel : aaCcéiéro (t).
Les variations de la vitesse de référence VR sont 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 * SÛl(0)
où Q 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 Q 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 le 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 le 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 12 provenant de la remorque 1 et de l’essieu électrique 2 à l’unité de calcul 30. Ces informations 12 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 13 et 15, relatives notamment à la vitesse de référence VR et 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 13 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 VR OU la vitesse fournie par le système EBS et la vitesse de rotation du moteur électrique 9.
Les informations 15 comprennent notamment les informations 12 auxquelles se rajoute la vitesse de référence VR et la pente P. Le système de filtration et de fusion de données 50 transmets ensuite des informations 14, à savoir l’effort de traction estimé et recalé, à la logique de contrôle 40. Cette dernière génère alors une information 16 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 le et la remorque 1 en virages, lorsque ladite remorque 1 est reliée au véhicule tracteur le par l’intermédiaire d’un timon la et/ou d’un pivot d’attelage lb.
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 - Vi au 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 w de la remorque 1.
L’accélération latérale A t est 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 f de la remorque 1, à savoir:
Figure imgf000014_0001
Vmoy étant la vitesse moyenne de Vi et V2, g étant l’accélération de la pesanteur.
La valeur du rayon de giration du véhicule tracteur le, ou une valeur composée de deux valeurs, par exemple la valeur minimale entre le rayon de giration du véhicule tracteur le 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 VECU 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 le, à savoir la distance respective Ai, A2 entre les essieux et le de pivot d’attelage lb, on peut déterminer l’angle g entre la remorque 1 et le véhicule tracteur le, en supposant qu’il n’y a pas de glissement.
Connaissant cet angle g et la tolérance maximale d’effort latéral Fmax iat subit par le véhicule tracteur le, on peut calculer la valeur absolue du couple moteur maximal ABS(Cmot) à ne pas dépasser pour que ledit véhicule tracteur le ne ripe pas.
On obtient ainsi :
ABS(Cmot) / Troue fi Fmax lat * COS(y)
avec g = atan(Ai / R) + atan(A2 / R)
Ai et A2 étant respectivement la distance entre un essieu arrière ld du véhicule tracteur le et le pivot d’attelage lb, et la distance entre le point médian M selon l’extension longitudinale de la remorque 1 et le pivot d’attelage lb, rroUe étant le rayon de la roue 8 de la remorque 1.
Il existe différents types de modèles publiés pour la détermination de l’angle g. A titre d’exemple on peut citer le lien :
http://www.autotum.ch/giration/f/train_r.html.
Fa 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 le.
Fa 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.
Fa consigne C n’est diminuée qu’à partir d’une valeur prédéterminée Ro. Fes grands rayons de giration, correspondant à des valeurs de courbure plus faibles que 1/Ro, ne sont donc pas concernés par une diminution de ladite consigne C.
Fa 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 1 c, 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 13. Il estime alors un effort Fl image de la traction du moteur du véhicule tracteur le sur le convoi. Il indique à l’onduleur de fournir un couple de valeur Cl image de Fl,
- 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 13 le même effort Fl image de la traction du moteur du véhicule tracteur le 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 Cl image de Fl. Si le chauffeur garde la même consigne d’accélération, Cl et Fl 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 13 un effort plus faible F3 image de la traction du moteur du véhicule tracteur le. 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 13 un effort F4 plus important que F3 image de la traction du moteur du véhicule tracteur le puisque le véhicule tracteur le 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 13 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.
Le système de pilotage permet ainsi de mettre en œuvre un 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 le 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 le, consistant à déterminer une consigne de couple C pour le moteur électrique 9. Le procédé de pilotage comprend les étapes :
- a) utiliser des capteurs de paramètres physiques disposés sur le véhicule tracté 1 pour fournir des données mesurées se rapportant au dit convoi,
- b) utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté 1 pour fournir des données mesurées se rapportant à l’accélération du convoi,
- c) effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le véhicule tracté 1, ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul,
- d) estimer par calcul et à partir du résultat de la fusion des données, l’effort de traction sur le véhicule tracté 1 , et - calculer en temps réel, pour toutes trajectoires droites ou courbes et pour toutes vitesses constantes ou variables, une consigne de couple C pour le moteur électrique 9 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 rutilisation 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 pour fournir des valeurs estimées de paramètre physiques et dynamiques du convoi.
Selon un exemple de mise en œuvre, l’estimation de l’effort comprend les étapes suivantes:
- (el) à partir d’une consigne de couple fournie au moteur électrique 9 en utilisant l’effort appliqué à la roue de l’essieu électrique 2, estimer l’effort de traction et la vitesse de référence VR du 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 (el), (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.
Selon un exemple de mise en œuvre, la masse du véhicule tracté est estimée à partir d’une mesure de pression dans des soufflets d’une suspension pneumatique du véhicule tracté 1, ladite mesure étant effectuée par un système EBS.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de pilotage consiste à diminuer la consigne de couple 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 le, en utilisant les valeurs estimées de la vitesse du véhicule tracté 1 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 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.
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

REVENDICATIONS
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 (le) 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 (le), consistant à déterminer une consigne de couple (C) pour le moteur électrique (9), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
- a) utiliser des capteurs de paramètres physiques disposés sur le véhicule tracté (1) pour fournir des données mesurées,
- b) utiliser un capteur inertiel disposé sur le véhicule tracté (1) pour fournir des données mesurées se rapportant à l’accélération du convoi,
- c) effectuer une fusion des données issues des capteurs présents sur le véhicule tracté (1), ladite fusion des données se basant sur l’utilisation d’au moins un algorithme de calcul,
- d) estimer par calcul et à partir du résultat de la fusion des données, l’effort de traction sur le véhicule tracté (1), et
- calculer en temps réel, pour toutes trajectoires droites ou courbes et pour toutes vitesses constantes ou variables, 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 l’effort comprend les étapes suivantes:
- (el) 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 VR du 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 (el), (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 l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse du véhicule tracté (1) est estimée à partir d’une mesure de pression dans des soufflets d’une suspension pneumatique du véhicule tracté (1), ladite mesure étant effectuée par un système EBS.
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 (le), 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.
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 (le), 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 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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