FR2896754A1 - METHOD FOR REDUCING THE BRAKING DISTANCE OF A MOTOR VEHICLE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part, suivie d'une application de l'effort maximal de freinage sur les roues directrices effectuée par le conducteur assisté du système d'aide à la conduite, il comprend une étape de correction des angles des plans de roues directrices, par application simultanée de consignes de pince (delta) et de carrossage (beta) sur les roues pour obtenir les efforts longitudinaux maximaux délivrés par les pneus et provoquant la décélération maximale du véhicule. Elle concerne aussi un dispositif de mise en oeuvre.The invention relates to a method for actively reducing the braking distance of a motor vehicle equipped with at least two steered wheels and a driving assistance system, characterized in that, in case of detection of an emergency situation requiring maximum braking from information from the driver on the one hand and related to the vehicle environment on the other, followed by application of the maximum braking force on the steered wheels performed by the driver assisted by the driver assistance system, it comprises a step of correcting angles of the steering wheel planes, by simultaneous application of clamp (delta) and camber (beta) instructions on the wheels to obtain the maximum longitudinal forces delivered by the tires and resulting in the maximum deceleration of the vehicle. It also relates to an implementation device.
Description
Procédé de réduction de la distance de freinage d'un véhicule automobileMethod of reducing the braking distance of a motor vehicle
et dispositif de mise en oeuvre.and implementation device.
L'invention concerne un procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile par action simultanée sur la pince et le carrossage des roues avant pendant le roulage. II concerne également un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé. The invention relates to a method for actively reducing the braking distance of a motor vehicle by simultaneous action on the gripper and the camber of the front wheels while driving. It also relates to a device for implementing said method.
Actuellement, les gains potentiels sur la réduction de la distance d'arrêt d'un véhicule automobile en ligne droite sont limités par le potentiel du pneu en transmission d'effort longitudinal. C'est pourquoi une solution existante pour réduire la distance d'arrêt consiste à utiliser d'autres propriétés clu pneu, en particulier à faire travailler le pneu avec un minimum de pince et de carrossage des roues, les valeurs étant prédéfinies par cartographie pour chaque type de pneu. Ainsi, les efforts longitudinaux délivrés par le pneu sont a priori optimaux pour freiner en ligne droite sur une distance minimale, mais leur réglage par cartographie empêche toute adaptation aux conditions de roulage. Currently, the potential gains in reducing the stopping distance of a motor vehicle in a straight line are limited by the potential of the tire in longitudinal transmission of effort. That is why an existing solution to reduce the stopping distance is to use other properties of the tire, in particular to make the tire work with a minimum of clamp and camber wheels, the values being predefined by mapping for each type of tire. Thus, the longitudinal forces delivered by the tire are a priori optimal for braking in a straight line over a minimum distance, but their setting by mapping prevents any adaptation to the driving conditions.
Pour réduire encore la distance de freinage en augmentant les efforts longitudinaux du pneu, l'invention propose un procédé d'action simultanée sur la pince et le carrossage des roues avant directrices en fonction des conditions de roulage du véhicule, en particulier de l'adhérence. To further reduce the braking distance by increasing the longitudinal forces of the tire, the invention proposes a method of simultaneous action on the gripper and the camber of the front wheels according to the driving conditions of the vehicle, in particular the adhesion .
Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de réduction active de la distance de freinage d'un véhicule automobile équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part, suivie d'une application de l'effort maximal de freinage sur les roues directrices effectuée par le conducteur assisté du système d'aide à la conduite, il comprend une étape de correction des angles des plans de roues directrices, par application simultanée de consignes de pince et de carrossage sur les roues pour obtenir les efforts longitudinaux maximaux délivrés par les pneus et provoquant la décélération maxirnale du véhicule. For this, a first object of the invention is a method of actively reducing the braking distance of a motor vehicle equipped with at least two steered wheels and a driving assistance system, characterized in that , in case of detection of an emergency situation requiring maximum braking from information from the driver on the one hand and related to the vehicle environment on the other hand, followed by an application of the effort maximum braking on the steered wheels performed by the assisted driver of the driving assistance system, it includes a step of correcting angles of the steering wheel planes, by simultaneously applying clamping instructions and camber on the wheels to obtain the maximum longitudinal forces delivered by the tires and causing the maximum deceleration of the vehicle.
Selon une caractéristique du procédé, pour le pneu de chacune des roues directrices, il détermine des consignes de pince S et de carrossage p qui rendent maximal l'effort longitudinal total, généré par la dérive due à la pince et au carrossage, et délivré par ledit pneu dans la direction de déplacement du véhicule en sens inverse pour provoquer la décélération du véhicule, ces consignes étant choisies parmi les valeurs établies par cartographie en fonction du type de pneu et de l'adhérence, sachant que la rigidité du pneu en dérive, la rigidité du pneu en carrossage, les efforts maximaux longitudinal et latéral, délivrés par le pneu, sont des données fixées. According to one characteristic of the method, for the tire of each of the steered wheels, it determines the instructions of gripper S and camber p that maximize the total longitudinal force generated by the drift due to the gripper and the camber, and delivered by said tire in the direction of movement of the vehicle in the opposite direction to cause the deceleration of the vehicle, these instructions being chosen from the values established by mapping according to the type of tire and the adhesion, knowing that the rigidity of the tire derives from it, the rigidity of the tire in camber, the maximum longitudinal and lateral forces, delivered by the tire, are fixed data.
Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé de contrôle, caractérisé en ce qu'il est embarqué sur le véhicule et comprend un calculateur électronique qui reçoit des informations sur le conducteur et sur l'environnement du véhicule, qui détermine les valeurs optimales de la pince et du carrossage de chaque roue et qui commande au moins un actionneur par roue pour piloter les angles de pince et de carrossage. A second object of the invention is a device for implementing the control method, characterized in that it is embedded on the vehicle and comprises an electronic computer which receives information on the driver and on the environment of the vehicle, which determines the optimum values of the gripper and the camber of each wheel and which controls at least one actuator per wheel to control the angles of clamp and camber.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description concernant un véhicule automobile à quatre roues, illustrée par les figures suivantes qui sont : - la figure 1 : une vue schématique de dessus de la position des roues d'un train avant de véhicule automobile en ligne droite ; - la figure 2 : les différents efforts délivrés par un pneu de véhicule automobile en freinage ; - la figure 3 : la représentation d'une ellipse d'adhérence d'un pneu ; - les figures 4a et 4b : deux variantes d'application du dispositif de mise en oeuvre du procédé dans un plan de roue défini par ses trois points de fixation, selon l'invention. Other features and advantages of the invention will appear on reading the description relating to a motor vehicle with four wheels, illustrated by the following figures which are: FIG. 1: a schematic view from above of the position of the wheels of a front train of a motor vehicle in a straight line; - Figure 2: the different forces delivered by a motor vehicle tire under braking; - Figure 3: the representation of an adhesion ellipse of a tire; FIGS. 4a and 4b show two variants of application of the device for implementing the method in a wheel plane defined by its three attachment points, according to the invention.
Selon l'invention, le procédé de réduction de la distance de freinage d'un véhicule automobile, équipé d'au moins deux roues directrices et d'un système d'aide à la conduite, comporte trois étapes principales, dont une première étape de détection d'une situation d'urgence nécessitant un freinage maximal, à partir d'informations venant du conducteur d'une part et liées à l'environnement du véhicule d'autre part. Les données provenant du conducteur sont par exemple la vitesse d'enfoncement ou l'effort exercé sur la pédale de frein, le temps de passage entre les pédales d'accélérateur et de frein, l'activation du système d'assistance au freinage d'urgence AFU. Les données sur l'environnement sont notamment la distance entre le véhicule et l'obstacle détecté, la vitesse de rapprochement, l'adhérence des pneus sur la route, le temps avant impact, et proviennent par exemple du système d'aide au freinage tel que l'ABS -Anti Blocking System - par l'intermédiaire des remontées de pédale de frein quand la régulation est déclenchée. Une deuxième étape d'application de l'effort maximal de freinage sur les roues avant est effectuée par le conducteur et le système de freinage d'urgence, suivie d'une troisième étape de correction des angles des plans de roues avant, par application de consignes de pince et de carrossage sur les roues avant, ces consignes étant déterminées pour obtenir l'effort longitudinal maximal généré par les pneus et provoquant la décélération maximale du véhicule. Cette correction des angles des plans des roues directrices est réalisée par la commande d'un ou de plusieurs actionneurs. According to the invention, the method of reducing the braking distance of a motor vehicle, equipped with at least two steering wheels and a driving assistance system, comprises three main stages, including a first step of detection of an emergency situation requiring maximum braking, based on information from the driver on the one hand and related to the environment of the vehicle on the other hand. The data coming from the driver is for example the driving speed or the force exerted on the brake pedal, the time of passage between the accelerator and brake pedals, the activation of the brake assist system. AFU emergency. The environmental data include the distance between the vehicle and the detected obstacle, the speed of approach, the grip of the tires on the road, the time before impact, and come for example from the brake assist system as as the ABS -Anti Blocking System - via the brake pedal lifts when the regulation is triggered. A second step of application of the maximum braking force on the front wheels is performed by the driver and the emergency braking system, followed by a third step of correcting the angles of the front wheel planes, by application of clamping and cambering instructions on the front wheels, these instructions being determined to obtain the maximum longitudinal force generated by the tires and causing the maximum deceleration of the vehicle. This correction of the angles of the planes of the steering wheels is achieved by the control of one or more actuators.
La pince est l'angle que fait le plan de roue par rapport à l'axe longitudinal OX du véhicule dans le plan XOY. Le carrossage est l'angle que fait le plan de roue par rapport à l'axe vertical OZ du véhicule dans le plan YOZ. The gripper is the angle that the wheel plane makes with respect to the longitudinal axis OX of the vehicle in the plane XOY. The camber is the angle that the wheel plane makes with respect to the vertical axis OZ of the vehicle in the plane YOZ.
En considérant le repère orthonormé OXYZ attaché au centre du pneu, comme le montrent les figurel et 2, dont la première est une vue schématique de dessus de la position des roues d'un train avant de véhicule en ligne droite, le pneu délivre d'une part un effort longitudinal Fx selon l'axe OX, dans le plan parallèle à la route dans le sens opposé au déplacement du véhicule et un effort transversal ou latéral F6 , généré par la dérive connue par la valeur de la pince S, selon l'axe OY perpendiculaire à l'axe OX et dans le plan parallèle à la route, dont la résultante est l'effort F total généré par le pneu sans carrossage, et d'autre part un effort latéral FaY généré par le carrossage f3 des roues du train. La direction du vecteur vitesse du véhicule est référencée V. By considering the orthonormal mark OXYZ attached to the center of the tire, as shown by the figures and 2, the first of which is a schematic view from above of the position of the wheels of a vehicle front train in a straight line, the tire delivers from one part a longitudinal force Fx along the axis OX, in the plane parallel to the road in the opposite direction to the displacement of the vehicle and a transverse or lateral force F6, generated by the drift known by the value of the gripper S, according to the OY axis perpendicular to the axis OX and in the plane parallel to the road, whose resultant is the total effort F generated by the tire without camber, and secondly a lateral force FaY generated by the camber f3 wheels of the train. The direction of the vehicle speed vector is referenced V.
L'effort transversal ou latéral FSY généré par la dérive D est donné par l'équation El suivante : The transverse or lateral force FSY generated by the drift D is given by the following equation El:
(El) F@=ûDx8 Et l'effort latéral FaY généré par le carrossage R des roues est donné par l'équation E2 suivante : (El) F @ = ûDx8 And the lateral force FaY generated by the camber R of the wheels is given by the following equation E2:
(E2) Fr = ûP x )3 Le véhicule étant équipé généralement d'un système de contrôle de la trajectoire ESP û Electronic Stability Program - et d'actionneurs agissant sur le tenseur du pneu, ou les pneus pouvant être dotés de transpondeurs, les données suivantes sont considérées comme connues : la rigidité du pneu en dérive D, la rigidité du pneu en carrossage P, l'effort longitudinal maximal Fxmax délivré par le pneu selon l'axe OX du repère OXYZ, dans le plan de la roue suivant la direction de déplacement du véhicule, - l'effort transversal maximal Fymax délivré par le pneu selon l'axe OY du repère OXYZ dans le plan de la roue et perpendiculaire à l'axe OX. 10 Ces efforts longitudinal Fxmax et latéral FYmaX maximaux délivrés par le pneu, sont généralement estimés par des capteurs associés au système ESP par exemple. (E2) Fr = ûP x) 3 The vehicle is generally equipped with an ESP Electronic Stability Program - and actuators acting on the tire tensor, or tires that can be fitted with transponders, The following data are considered to be known: the rigidity of the drifting tire D, the rigidity of the tire in camber P, the maximum longitudinal force Fxmax delivered by the tire along the axis OX of the reference OXYZ, in the plane of the wheel following the direction of movement of the vehicle, - the maximum transverse force Fymax delivered by the tire along the axis OY of the OXYZ mark in the plane of the wheel and perpendicular to the axis OX. These maximum longitudinal Fxmax and lateral FYmaX forces delivered by the tire are generally estimated by sensors associated with the ESP system for example.
Les potentiels d'accélération et de freinage du véhicule sont différents selon les 15 conditions d'adhérence des pneus sur la route et les efforts longitudinaux et latéraux disponibles sur un pneu sont donnés par l'équation E3 suivante à partir de l'ellipse d'adhérence représentée sur la figure 3 : 20 2 _â s J2 HPX (E3 ) 1 xmax FYmaxavec 0 = arctg FY Fx Ainsi, l'effort longitudinal Fx restant disponible, est donc défini par l'équation E4 suivante : (E4) Fx = Fxmax\ ~ FY max ) 1 F@ de sorte que l'effort total F délivré par le pneu sans carrossage est donné par 25 l'équation E5 suivante : The acceleration and braking potentials of the vehicle are different depending on the adhesion conditions of the tires on the road and the longitudinal and lateral forces available on a tire are given by the following E3 equation from the ellipse of adhesion shown in FIG. 3: J2 HPX (E3) 1 xmax FYmax with 0 = arctg FY Fx Thus, the longitudinal force Fx remaining available is therefore defined by the following equation E4: (E4) Fx = Fxmax FY max) 1 F @ so that the total force F delivered by the tire without camber is given by the following equation E5:
(É5) F :_ IF2x + F@2 Et l'effort longitudinal total F,ong généré par le pneu avec dérive et carrossage, 30 dans la direction du déplacement du véhicule et en sens inverse et qui provoque la décélération du véhicule, est la somme de la poussée de carrossage projetée longitudinalement et de l'effort précédemment calculé, également projeté longitudinalement. Il est donné par l'équation E6 suivante : (É5) F: _ IF2x + F @ 2 And the total longitudinal force F, ong generated by the tire with drift and camber, in the direction of vehicle travel and in the opposite direction and which causes the deceleration of the vehicle, is the sum of the camber thrust projected longitudinally and the effort previously calculated, also projected longitudinally. It is given by the following equation E6:
Fiong = FÇxsinô+Fxcos(8ûe)=ûPx fixsinô+(-\râX+(ûDx6)2 )xcos(8û fi) L'invention consiste à déterminer les valeurs de la pince 8 et du carrossage 13 pour obtenir la valeur maximale de cet effort longitudinal, sachant que la rigidité du pneu D en dérive, la rigidité du pneu P en carrossage, les efforts maximaux longitudinal Fxmax et latéral Fxmax, délivrés par le pneu, sont des données connues et fixées. Ces valeurs optimales de la pince 8 et du carrossage 13 sont choisies parmi les valeurs établies par cartographie en fonction du type de pneu et de l'adhérence, sachant que plus on génère de poussée de carrossage, plus le train des roues doit être pincé. Ces valeurs optimales de pince 8 et de carrossage R servent de consignes pour la commande des angles des plans de roues avant directrices. The invention consists in determining the values of the gripper 8 and the camber 13 to obtain the maximum value of this effort. FIG. longitudinal, knowing that the rigidity of the tire D derives from it, the rigidity of the tire P in camber, the maximum longitudinal forces Fxmax and lateral Fxmax, delivered by the tire, are known and fixed data. These optimum values of the gripper 8 and the camber 13 are chosen from the values established by mapping according to the type of tire and the adhesion, knowing that the more one generates camber thrust, the more the wheelset must be pinched. These optimum values of gripper 8 and camber R serve as instructions for controlling the angles of the front wheel planes.
Ce procédé de réduction de la distance de freinage est mis en oeuvre par un dispositif embarqué sur le véhicule et composé notamment d'un ou plusieurs actionneurs pilotés par un calculateur électronique, soit dédié au procédé lui-même, soit appartenant au système d'aide à la conduite pour le contrôle du freinage ou de l'anti-patinage des roues par exemple. Ce calculateur électronique reçoit des informations sur le conducteur et sur l'environnement du véhicule, et détermine simultanément les valeurs optimales de la pince et du carrossage de chaque roue. This method of reducing the braking distance is implemented by a device embedded on the vehicle and comprising in particular one or more actuators controlled by an electronic computer, either dedicated to the process itself or belonging to the help system. driving for the control of braking or anti-slip wheels for example. This electronic computer receives information about the driver and the environment of the vehicle, and simultaneously determines the optimum values of the clamp and the camber of each wheel.
Selon une première variante, le dispositif mis en oeuvre sur un véhicule classique, avec direction à crémaillère, ou de type Steer-By-Wire à roues liées ou avec colonne de direction classique, comporte un actionneur par roue pour piloter simultanément les angles de pince et de carrossage imposés. Sur la figure 4a sont représentés d'une part l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage et d'autre part l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage en mode normal, soit en braquage classique, qui se coupent perpendiculairement au point d'attache PM du moyeu, et le plan de roue est alors défini par ses trois points de fixation, le point d'attache PB de la biellette de direction, le point d'attache PM du moyeu et celui PA de l'actionneur. Le positionnement de ces trois points est imposé par les cinématiques de braquage en mode normal et la cinématique de freinage d'urgence, les angles de carrossage f3 et de pince 8 étant couplés selon l'invention. Ainsi le point PB d'application de la biellette se trouve sur l'axe A de pivot de la roue en situation d'urgence, en pointillés, qui fait un angle p avec l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage en braquage classique, cet angle p étant imposé par le mode en situation d'urgence et défini à partir de la pince 8 et du carrossage 33 par l'équation E7 suivante : (E7) tan (p) = sin (S) / sin (13) According to a first variant, the device used on a conventional vehicle, with rack-and-pinion steering, or a Steer-By-Wire type with linked wheels or with a conventional steering column, comprises a wheel actuator for simultaneously driving the pinch angles. and imposed camber. FIG. 4a shows, on the one hand, the pivot axis Ac of the wheel for the camber and, on the other hand, the pivot axis AB of the wheel for the deflection in normal mode, ie in conventional steering, which is cut perpendicularly to the point of attachment PM of the hub, and the wheel plane is then defined by its three attachment points, the point of attachment PB of the steering rod, the point of attachment PM of the hub and the PA of the actuator. The positioning of these three points is imposed by the steering kinematics in normal mode and the emergency braking kinematics, the camber angles f3 and gripper 8 being coupled according to the invention. Thus, the application point PB of the rod is located on the pivot axis A of the wheel in an emergency situation, in dashed lines, which makes an angle p with the axis Ac of the wheel pivot for the camber. conventional steering, this angle p being imposed by the mode in emergency situation and defined from the clamp 8 and the camber 33 by the following equation E7: (E7) tan (p) = sin (S) / sin ( 13)
Le point d'application PA de l'actionneur de carrossage piloté selon le procédé de l'invention est placé sur un axe DA de la roue, qui fait un angle v avec l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage, défini pour obtenir l'effet de carrossage 13 induit lors du braquage. Les angles v et p sont définis par l'implantation des actionneurs. The application point PA of the camber actuator controlled according to the method of the invention is placed on an axis DA of the wheel, which makes an angle v with the pivot axis AB of the wheel for the deflection, defined to obtain the camber effect 13 induced during the steering. The angles v and p are defined by the implantation of the actuators.
Selon une seconde variante, le dispositif de mise en oeuvre du procédé sur un véhicule automobile équipé d'une direction de type Steer-By-Wire à braquage gauche-droite découplé, qui comporte déjà un actionneur dédié au pilotage de la pince, comprend de plus un actionneur dédié au pilotage du carrossage pour découpler les deux degrés de liberté. Sur la figure 4b sont représentés d'une part l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage et d'autre part l'axe de pivot AB de la roue pour le braquage en mode normal sur lequel est situé le point d'application PAP de l'actionneur dédié au pilotage de la pince, ces axes se coupant perpendiculairement au point d'attache Pm du moyeu, ainsi que le point d'application PAC de l'actionneur de carrossage qui va se trouver sur l'axe Ac de pivot de la roue pour le carrossage. According to a second variant, the device for carrying out the method on a motor vehicle equipped with a decoupled left-right steering-Steer-By-Wire type steering, which already comprises an actuator dedicated to driving the clamp, comprises plus an actuator dedicated to driving the camber to uncouple the two degrees of freedom. FIG. 4b shows firstly the pivot axis Ac of the wheel for the camber and secondly the pivot axis AB of the wheel for the deflection in normal mode on which the point of rotation is located. PAP application of the actuator dedicated to driving the clamp, these axes intersecting perpendicularly to the attachment point Pm of the hub, and the application point PAC of the camber actuator which will be on the axis Ac pivoting wheel for camber.
D'après un exemple numérique extrait d'une cartographie établie pour un pneu de caractéristiques suivantes : rigidité en dérive D=1350 N/ rigidité du pneu en carrossage P=D/2 effort longitudinal maximal délivré par le pneu Fxmax = 10 000 N effort transversal maximal délivré par le pneu Fvmax = 9 000 N - adhérence correspondant à une piste mouillée il = 0.5 l'effort total longitudinal sera maximal pour un carrossage de 30 et une pince de 1,2 , soit un angle p égal à 2 . Cet effort longitudinal vaut alors 10 188 N, ce qui est supérieur à 10 000 N obtenu sans pince ni carrossage, et permet un gain en distance d'arrêt de 1,45 mètre. Based on a numerical example taken from a map established for a tire with the following characteristics: drift stiffness D = 1350 N / tire rigidity in camber P = D / 2 maximum longitudinal force delivered by the tire Fxmax = 10,000 N effort transverse maximum delivered by the tire Fvmax = 9000 N - adhesion corresponding to a wet track il = 0.5 total longitudinal force will be maximum for a camber of 30 and a clamp of 1.2, an angle p equal to 2. This longitudinal force is then 10 188 N, which is greater than 10 000 N obtained without clamp or camber, and allows a gain in stopping distance of 1.45 meters.
Grâce à l'invention, la distance d'arrêt d'un véhicule automobile, lors d'un freinage en ligne droite, est sensiblement réduite par augmentation des efforts longitudinaux délivrés par les pneus des roues directrices obtenue par action simultanée sur la pince et le carrossage des roues. 6 Thanks to the invention, the stopping distance of a motor vehicle, during braking in a straight line, is substantially reduced by increasing the longitudinal forces delivered by the tires of the steering wheels obtained by simultaneous action on the clamp and the wheel camber. 6
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20091030 |