WO2015015094A1

WO2015015094A1 - Procédé de simulation de rayon de roulement de pneumatique de véhicule automobile

Info

Publication number: WO2015015094A1
Application number: PCT/FR2014/051911
Authority: WO
Inventors: Jérémy BUISSON; Teddy VIRIN
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JP2016528099A; US20160167467A1; JP6235714B2; FR3009404A1; KR101829698B1; CN105431849B; EP3011485B1; CN105431849A; FR3009404B1; EP3011485A1; KR20160013987A

Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation de pneumatique de véhicule automobile, comportant une étape d'estimation de rayon effectif de roulement R_roul du pneumatique par une formule de la forme dans laquelle :

Description

PROCEDE DE SIMULATION DE RAYON DE ROULEMENT DE PNEUMATIQUE DE

VEHICULE AUTOMOBILE

L'invention concerne les procédés de détermination du rayon de roulement d'un pneumatique.

Le rayon de roulement caractérise le nombre de révolutions nécessaires au pneumatique pour parcourir une distance donnée, hors application de couple moteur ou freineur, c'est-à-dire avec une vitesse linéaire dans l'aire de contact équivalente à celle du sol, laquelle est typiquement nulle.

En roulage, sous conditions typiques de celles rencontrées sur un véhicule susceptible d'être équipé d'un pneumatique donné, les conditions couvrent une large gamme d'usages, depuis le roulage en ligne droite jusqu'au roulage à grande vitesse sur circuit.

Le comportement routier des véhicules met en œuvre des phénomènes complexes, en particulier au niveau des pneumatiques. La prise en compte de ces phénomènes pour comprendre, analyser et simuler le comportement est essentielle pour améliorer celui-ci. Pour cela, les outils de simulation requièrent des modèles descriptifs de la contribution des pneumatiques. Différentes grandeurs associées au torseur du pneumatique ou à sa géométrie en roulage sont mises en œuvre ; ainsi en est-il pour le rayon effectif de roulement. Celui-ci est ainsi particulièrement important pour rendre compte des actions d'accélération et de freinage d'un véhicule. On peut ainsi l'appliquer a des stratégies de démarrage tels que launch control selon la terminologie anglosaxone ou contrôle de lancement, effectuée en compétition par exemple ou de freinage par estimation du suivi d'une cible de glissement d'un système ABS - pour Antiblockiersystem en allemand ou système antiblocage des roues - par exemple.

Différentes formulations mathématiques ont déjà été proposées pour rendre compte de révolution du rayon de roulement d'un pneumatique. Parmi celles-ci, on peut citer différentes versions des formulations dites « formules magiques » de H.B. Pacejka, dont la version la plus diffusée MF-5.2 ou la dernière variante MF-6.1 . La formulation MF-5.2 la plus usitée actuellement décrit le rayon effectif de roulement comme suit :

F.

PF ·

avec p la flèche du pneumatique et C_z sa raideur verticale

Le but de l'invention est de proposer un procédé pour l'estimation du rayon de roulement du pneumatique présentant une meilleure acuité et une grande simplicité de mise en œuvre.

Ce but est atteint selon l'invention grâce à un procédé de réalisation de pneumatique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'estimation de rayon effectif de roulement R_r0Ui du pneumatique par une formule de la forme :

Rroul = Rroul ₁ + Rroul ₂ + Rroul ₃ , OÙ : flèche f f flèche

RrouL = Rroul ^Kn + ^Kn * 1 - exp

Pg j Pg * Rroul 16 JJ

κ_η = Rroul_n + Rroul_u *V

Avec :

κ,_Ί = Rroul, + Rroul, * V

Rroul

Fz

1 - exp Rroul-,,

Rroul 25 J V

Et :

Rroul ₃= (/ ₃₁ + κ₃₂ * sign(â * /))* (l - cos(j |))

Avec : Rroul₃₃ + Rroul

κ₃₂ = Rroul₃₆ + Rroul₃₁ * Fz

où les paramètres Rroul sont des valeurs numériques, V est la vitesse du véhicule, flèche est la flèche du pneumatique, Pg est la pression de gonflage du pneumatique, F_z est la charge verticale sur le pneumatique, J est l'angle de dérive, ^est l'angle de carrossage.

Avantageusement, la flèche du pneumatique est déterminée par la formule suivante :

R,

flèche - Yl où Kzz est la raideur verticale du pneumatique avec ses composantes pneumatique K_ZZp et structurelle K_{zz o} et K_zz s'écrit sous la forme K_zz = K_zzo + K_ZZp x Pg , F_Y est l'effort de poussée transversale exercé sur le pneumatique, ^est l'angle de carrossage du véhicule,

R_er est le coefficient d'influence du carrossage sur la flèche, p est la pression de gonflage,

R_e71 est un coefficient qui règle la dépendance de la flèche avec l'effort de poussée transversale exercé et avec la pression de gonflage p et R_e72 est un coefficient qui règle la dépendance de la flèche avec l'effort de poussée transversale exercé sans effet de la pression de gonflage.

Avantageusement, les valeurs Rroul sont définies par des essais physiques sur un pneumatique représentatif du pneumatique à concevoir.

Avantageusement, les essais physiques sont réalisés à l'aide d'une rouleuse de type sol plan.

Avantageusement, le procédé inclut l'étape consistant à utiliser le logiciel TameTire

Avantageusement, le procédé comporte l'étape consistant à utiliser les valeurs Rroul dans le logiciel TameTire.

L'invention concerne également un processeur de calcul de comportement de pneumatique de véhicule automobile configuré pour estimer un rayon effectif de roulement du pneumatique, caractérisé en ce qu'il est configuré pour déterminer le rayon effectif de roulement Rroul en mettant en œuvre une formule de la forme :

Rroul = Rroul ₁ + Rroul + Rroul ₃ , où : flèche f flèche

Rroul, = Rroul 1 - exp

Pg Pg * Rroul 16 JJ

κ_η = Rroul_n + Rroul_l3 * V

Avec :

κ,_Ί = Rroul, + Rroul, * V

Fz

1 - exp RrouL_f

Rroul_{25 j} V

E

Avec : κ₃₁ = Rroul₃₃ + Rroul₃₄ *

κ_3Ί = RrouL, + RrouL_j * Fz

où les paramètres Rroul sont des valeurs numériques, V est la vitesse du véhicule, flèche est la flèche du pneumatique, Pg est la pression de gonflage du pneumatique, F_z est la charge verticale sur le pneumatique, δ est l'angle de dérive, γ est l'angle de carrossage.

Avantageusement, la flèche du pneumatique est déterminée par la formule suivante : flèche■

où Kzz est la raideur verticale du pneumatique avec ses composantes pneumatique K_ZZp et structurelle K_{zz o} et K_Zz s'écrit sous la forme K_zz = K_zzo + K_ZZp x Pg , F_Y est l'effort de poussée transversale exercé sur le pneumatique, ^est l'angle de carrossage du véhicule, R_ef est le coefficient d'influence du carrossage sur la flèche, p est la pression de gonflage, R_e71 est un coefficient qui règle la dépendance de la flèche avec l'effort de poussée transversale exercé et avec la pression de gonflage p et R_e72 est un coefficient qui règle la dépendance de la flèche avec l'effort de poussée transversale exercé sans effet de la pression de gonflage.

L'invention concerne également un pneumatique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé en mettant en œuvre une simulation d'un rayon effectif de roulement Rroui du pneumatique par une formule de la forme :

Rroul = Rroul + Rroul ₂ + Rroul ₃ , où :

κ_η = Rroul_n + Rroul_l3 * V

Avec :

κ,_Ί = Rroul, + Rroul, * V

Rroul

Fz

1 - exp Rro U_f

Rroul_{25 j} V

Et :

Rroul ₃= (κ₃₁ + κ ₂ * sign{ô * γ))* (l - cos(j |))

Avec :

Rroul₃₃ + Rroul₃₄ *

κ₃₇ = RrouL ^l3_c6 + Rroul₃ 3₁7 * Fz

où les paramètres Rroul sont des valeurs numériques, V est la vitesse du véhicule, flèche est la flèche du pneumatique, Pg est la pression de gonflage du pneumatique, F_z est la charge verticale sur le pneumatique, J est l'angle de dérive, est l'angle de carrossage.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles :

La figure 1 représente une évolution du rayon de roulement en fonction de la charge, pour un pneumatique selon l'invention,

La figure 2 représente une évolution du rayon de roulement en fonction de l'angle de carrossage, pour un pneumatique selon l'invention.

Le rayon de roulement d'un pneumatique R_roul (m) s'avère dépendre d'un grand nombre de facteurs parmi lesquels on retient la flèche du pneu fleche(m) , la charge verticale sur le pneumatique F_Z (N) , la raideur verticale du pneumatique K_zz (Nm ^~l) avec ses composantes pneumatique K_ZZp (Nm^) et structurelle K_ZZ0 {Nrn ^l) ,la vitesse de roulage

V(ms^~l) , la pression de gonflage Pg(bar) , l'effort de poussée transversale exercé F_Y (N) , l'angle de carrossage γ{°) , l'angle de dérive S(°) , le rayon écrasé du pneumatique

R_t {m) .

L'ensemble de ces grandeurs doit donc préférentiellement être connu, par exemple mesuré, pour accéder au rayon de roulement du pneumatique au travers d'une formulation mathématique. Il se définit à couple, moteur ou freineur, nul. On procédera alors à une identification des contributions de ces différents facteurs pour ensuite pouvoir utiliser la formulation exposée ci-dessous.

Afin de rendre compte de ces phénomènes, on retient ici la formulation suivante :

Rroul = Rroul , + Rroul , + Rroul , , où : flèche f flèche

Rrouly + ^K12 * 1 - exp

j Pg * Rroul 16 JJ rc_n = Rroul_n + Rroul_l *V

Avec :

fc, = RrouL_d + Rroul, *V

Ce premier terme traduit les influences de la charge via la flèche, la pression de gonflage et la vitesse sur le rayon de roulement en roulage sans braquage (ni dérive ni carrossage).

RrouL.

Rroul₂= {Rroul_2l + Rroul₂₂ * sign(ô)* V)*— * (l - cos(jè>|

Fz ^ro" ²³ π

Ce second terme prend en compte l'influence de la dérive et des termes couplés à la dérive.

Avec : κ₃₁ = Rroul₃₃ + Rwul₃₄ *

κ₃₂ = Rroul ₆ + Rroul₃₇ * Fz

Ce 3^eme terme prend en compte les effets du carrossage et des termes couplés qui y sont liés.

Dans le cas du ra on de roulement, R_roul (m) , la flèche vaut :

avec K_zz = K_ZZ0 + K x Pg où on introduit les coefficients suivants. R_i; sont les coefficients pneumatiques du rayon de roulement qui déterminent l'évolution avec la pression, R₂, sont les coefficients pneumatiques du rayon de roulement qui déterminent l'évolution avec la vitesse et la charge, R_3i sont les coefficients pneumatiques du rayon de roulement qui déterminent l'évolution avec le carrossage, R_RR (N / m) es. la rigidité radiale pneumatique à pression nulle. On introduit également des coefficients qui règlent la dépendance de la flèche avec l'effort de poussée transversale exercé R_eY2 et aussi avec la pression R_eY1 . R_er st le coefficient d'influence du carrossage sur la flèche.

Si le rayon de roulement du pneumatique, R_roul (m) est inférieur au rayon écrasé

R_; (m) , la valeur du rayon de roulement pneumatique devient R_; (m) .

La stratégie d'identification ou d'obtention des coefficients listés ci-dessus repose d'une part sur la connaissance des grandeurs fleche{m) R_; (m) . Elle repose d'autre part sur la réalisation d'un plan d'expérience ou animation de mesure couvrant un large domaine pour chacune de ces grandeurs, dans une enveloppe globalement réaliste par rapport à l'usage du pneumatique. Elle repose enfin sur l'optimisation du jeu de coefficients grâce à un algorithme approprié.

A partir d'une animation réalisée sur une machine de mesures appropriée, par exemple rouleuse de type sol plan, on accède à la connaissance des réponses du rayon écrasé du pneumatique en fonction des grandeurs retenues.

Le rayon libre étant la valeur du rayon écrasé obtenue à charge nulle, on y accède par extrapolation de la mesure du rayon écrasé en roulage simple, c'est-à-dire sans angles de dérive, sans carrossage ou courbure, ni couple moteur ou freineur, à différentes charges jusqu'à une valeur de charge nulle. La valeur du rayon effectif de roulement à charge nulle est équivalente au rayon libre. La figure 1 représente l'évolution du rayon effectif de roulement en fonction de la charge. Sur la figure 1 , les tracés en trait continu sont des simulations à différentes pressions avec la formule exposée ci-dessus, les tracés en pointillés, points et croix sont des simulations avec la formule MF 5.2.

On constate en parallèle l'effet de la pression sur la dépendance du rayon effectif de roulement à la charge. De cette façon on a accès à l'effet charge.

On constate également que le rayon effectif de roulement varie globalement linéairement avec la vitesse. On constate que l'évolution du rayon de roulement avec la vitesse n'est pas triviale. En effet, les effets centrifugation et échauffement par exemple peuvent se compenser en fonction de l'état thermomécanique du pneumatique par exemple.

En ce qui concerne l'effet de l'angle de dérive, on constate que le rayon effectif de roulement varie également avec l'angle de dérive. Ces variations peuvent présenter, à moyennes et fortes charges, un saut assez brutal pour des angles de l'ordre de 1 degré de dérive.

Le rayon écrasé varie également avec l'angle de carrossage, comme illustré sur la figure 2. Sur la figure 2, les tracés de forme courbe représentent les résultats obtenus par la mesure et avec le modèle proposé, le tracé de forme sensiblement horizontale représente les résultats obtenus avec le modèle MF 5.2. Les constats précédents sont alors intégrés à une stratégie d'obtention des coefficients du modèle de rayon écrasé. On procède également à une stratégie d'obtention des coefficients du modèle de flèche et donc d'effort transversal. Ces stratégies comportent différentes étapes qui peuvent être répétées itérativement afin d'améliorer la correspondance entre le modèle et la mesure de référence. Les modèles de rayon effectif de roulement et d'effort transversal sont intégrés au sein d'un modèle global TameTire permettant de prendre en compte les interactions réciproques de l'un sur l'autre.

Le modèle TameTire est un modèle thermomécanique développé pour améliorer la prédiction des efforts en centre de roue pour les études de comportement du véhicule. La principale motivation vient du constat que les modèles mathématiques de type Magic Formula ne prennent pas en compte les effets de la température voire de la vitesse qui sont significatifs sur les efforts pneu. En particulier ces modèles ne sont valables, a priori, que dans le domaine de mesure sur lequel ils ont été ajustés et ne permettent pas des extrapolations fiables lorsqu'on souhaite simuler des manoeuvres différentes du véhicule. Le modèle TaMeTirE calcule les efforts longitudinaux et latéraux en fonction de grandeurs physiques du pneu telles que dimension de l'aire de contact, rigidités des flancs, du bloc sommet, de la bande de roulement, propriétés de la gomme et des caractéristiques de frottement. Les caractéristiques du mélange entre module et coefficient d'adhérence sont couplées aux températures du pneu.

La formulation présentée dans ce mode de réalisation permet l'accès à une expression relativement simple, au travers d'un modèle mathématique, la valeur du rayon effectif de roulement d'un pneumatique en fonction des grandeurs pertinentes, et aisément mesurables sur une machine de test mécanique, via un jeu de coefficients accessible au travers d'une optimisation rapide.

La mise en œuvre d'une telle formulation repose ensuite sur la connaissance des grandeurs impliquées, qui sont, dans un outil de simulation, soit des grandeurs d'entrée telles que charge, vitesse, pression, carrossage, ou des grandeurs dépendantes du pneumatique telles que flèche ou effort transversal. Ces grandeurs intermédiaires doivent pouvoir se déduire des grandeurs d'entrée pour réaliser une simulation.

On accède ainsi à une expression du rayon effectif de roulement qui intègre également les effets de la température interne et de la température de surface, mais aussi ceux de la dérive et du carrossage, utilisable directement dans un outil de simulation. On accède ainsi à une modélisation plus fine du rayon effectif de roulement, en particulier avec la prise en compte des angles de dérive et de carrossage.

Les résultats montrent une meilleure acuité du modèle ici proposé par rapport aux modèles connus. Le modèle de rayon effectif de roulement gagne en précision, ce qui est très valorisable dans la gestion des accélérations et des freinages aux limites de l'adhérence. En effet, cette limite optimale est atteinte pour un niveau particulier de glissement, et il est donc crucial de maîtriser cette grandeur, par exemple pour un système ABS, un système d'anti-patinage ou même un calcul de type « launch control ». Le modèle de rayon effectif de roulement permet alors d'exploiter pleinement les avantages du modèle TameTire pour le calcul de l'effort longitudinal, avec la prise en compte des effets thermiques, la rapidité de calcul et la pertinence associée aux bases physiques de ce modèle.

L'ensemble peut être implémenté au sein de logiciels de simulation de la dynamique des véhicules pour la réalisation de manœuvres plus réalistes, en particulier dans les situations aux limites d'adhérence longitudinale du véhicule telles que manœuvres de sécurité du type freinage d'urgence ou encore manoeuvres de performance du type départ arrêté. La présélection de composants du véhicule tels que liaisons au sol, pneumatiques, ou leur réglage, par exemple au travers des liaisons au sol ou encore de l'ESP pour Electronic Stability Program en anglais ou Électro-Stabilisateur Programmé, ou encore de l'ABS ou de l'antipatinage, peut alors être réalisée plus efficacement.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Procédé de réalisation de pneumatique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'estimation de rayon effectif de roulement R_r0Ui du pneumatique par une formule de la forme :

Rroul = Rroul ₁ + Rroul ₂ + Rroul ₃ , OÙ :

f flèche f f flèche

Rrouly Rroul_y 1 - exp

Pg Pg * Rroul 16 J)

κ_η = Rroul_n + Rroul_l3 * V

Avec :

κ,_Ί = Rroul, + Rroul, * V

RrouL

Rroul ₂= (Rroul ₂₁ + Rroul ₂₂ * sign(ô)* V)*— * (l - cos(jè>|

Fz ^ro" ²³ π

Fz

1 - exp RrouL _f

Rroul 25 J V

Et :

Rroul ₃= (κ₃₁ + κ ₂ * sign{ô * γ))* (l - cos(j |))

Avec : κ ₁ = Rroul₃₃ + Rroul_u *

κ₃₂ = Rroul₃₆ + Rroul₃₁ * Fz

où les paramètres Rrouly sont des valeurs numériques, V est la vitesse du véhicule, flèche est la flèche du pneumatique, Pg est la pression de gonflage du pneumatique, F_z est la charge verticale sur le pneumatique, J est l'angle de dérive, ^est l'angle de carrossage.

2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la flèche du pneumatique est déterminée par la formule suivante : flèche -

où Kzz est la raideur verticale du pneumatique avec ses composantes pneumatique K_ZZp et structurelle K_{zz o} et K_zz s'écrit sous la forme K_zz = K_zzo + K_ZZp x Pg , F_Y est l'effort de poussée transversale exercé sur le pneumatique, ^est l'angle de carrossage du véhicule, R est le coefficient d'influence du carrossage sur la flèche, p est la pression de gonflage,

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les valeurs Rroul sont définies par des essais physiques sur un pneumatique représentatif du pneumatique à concevoir.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les essais physiques sont réalisés à l'aide d'une rouleuse de type sol plan.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il inclut l'étape consistant à utiliser un logiciel de simulation de la dynamique des efforts en centre de roue.

6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à utiliser les valeurs Rroul dans le logiciel de simulation de la dynamique des efforts en centre de roue.

7. Processeur de calcul de comportement de pneumatique de véhicule automobile configuré pour estimer un rayon effectif de roulement du pneumatique, caractérisé en ce qu'il est configuré pour déterminer le rayon effectif de roulement Rroul en mettant en œuvre une formule de la forme :

Rroul = Rroul , + Rroul + Rroul , , où : flèche f flèche

Rrouly Rroul 1 - exp

Pg Pg * Rroul 16 JJ

κ = Rroul_u + Rroul_l3 * V

Avec :

fc,_n = Rroul, + Rroul 15, * V

Rroul ₂= (Rroul ₂₁ + Rroul ₂₂ * sign(ô)* V)*

Fz

1 - exp Rroul-,,

Rroul 25 J V

Et :

Rroul ₃= (κ₃₁ + κ₃₂ * sign(ô * γ ))* (l - cos(j Avec : κ ₁ = Rroul + Rroul₃₄ *

κ_3Ί = Rroul ""₃3^6 + Rroul₃ 3₁7 * Fz

8. Processeur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la flèche du pneumatique est déterminée par la formule suivante : flèche■

9. Processeur selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que les valeurs Rrouly sont définies par des essais physiques sur un pneumatique représentatif du pneumatique à concevoir.

10. Pneumatique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé en mettant en œuvre une simulation d'un rayon effectif de roulement R_r0Ui du pneumatique par une formule de la forme :

Rroul = Rroul + Rroul ₂ + Rroul ₃ , où :

κ = Rroul_u + Rroul_l3 * V

Avec :

fc,_n = Rroul, + Rroul 15, * V

Rroul 24

Rroul ₂= (Rroul ₂₁ + Rroul ₂₂ * sign(ô)* V)*— -^- * (l - cos(|^|

rZ π

Et :

Rroul ₃= (κ₃₁ + κ ₂ * sign{ô * γ))* (l - cos(j |))

Avec :

Rroul₃₃ + Rroul₃₄ *

κ₃₂ = Rroul ₆ + Rroul₃₁ * Fz