Novel accurate tyre slip angle measurement means : application to tyre model identification

Nouveau moyen de mesure précise de l'angle de dérive des pneumatiques : application à l'identification de modèles de pneumatique Le trafic routier devenant de plus en plus dense, la sécurité active des véhicules doit être sans cesse améliorée. Ceci nécessite notamment une amélioration de la dynamique des véhicules. La majeure partie des efforts transmis par la chaussée au véhicule passant par les pneumatiques, une connaissance précise de l’interface pneu-sol est primordiale. Ceci passe notamment par le développement de modèles de pneumatiques et leur identification, à partir de mesures spécifiques, lors des phases de conception et de mise au point d’un véhicule. Le projet de thèse a pour objectif principal de contribuer à une meilleure détermination du point de fonctionnement dynamique de l’ensemble pneumatique/roue. Plus précisément, il s’agit d’améliorer la détermination de l’angle de dérive du pneumatique, dont la précision est encore aujourd’hui insuffisante pour une analyse des performances des pneumatiques à partir d’essais sur piste. Cette détermination est réalisée simultanément à la détermination des autres grandeurs nécessaires à l’étude de l’interface roue-sol : glissement longitudinal du pneumatique, angle de carrossage de la roue et torseur des efforts roue-sol. Ce projet s’est appuyé sur la collaboration entre la Direction de la Recherche de Renault et le laboratoire MIPS de l’Université de Haute-Alsace. Des études préliminaires menées par Renault et par le MIPS sur ce sujet ont servi de support à ce projet.Une étude menée en début de thèse a permis de rédiger un cahier des charges exhaustif, en termes de performances de mesure de l’angle de dérive du pneumatique, permettant d’étudier avec suffisamment de précision la dynamique du véhicule, en se basant sur indicateurs de performance. Afin de répondre au cahier des charges, une solution de mesure novatrice de l’angle de dérive du pneu a été conçue et développée au cours de la thèse. Celle-ci se base sur l’intégration de mesures inertielles et GPS au niveau du plan de jante, à l’aide d’un filtre de Kalman étendu (EKF). Par la suite, un capteur de mesure (INS/GPS) dédié a été conçu, développé et enfin intégré à un véhicule d’essais. Les performances de mesure du nouveau capteur INS/GPS ont été validées vis-à-vis du cahier des charges, en suivant une procédure de caractérisation mise au point spécifiquement durant la thèse. L’angle de dérive pneu est ainsi mesuré avec une précision de 0,1° (à 3o) sur une plage de 360°, tout en étant insensible à la texture et à la granularité de la chaussée ; contrairement aux solutions industrielles existantes. Lorsque ce moyen de mesure novateur est couplé à d’autres mesures standard de la dynamique du véhicule, le mouvement complet du plan de jante est alors déterminé également avec la précision requise. Ceci en ajoutant uniquement un capteur au niveau du plan de jante, ce qui permet de limiter l’inertie ajoutée à la roue, en comparaison aux moyens de mesures existants.Pour valider le nouveau moyen de mesure développé et montrer tout son intérêt, une méthodologie d’identification d’un modèle de pneumatique (Magic Formula 5.2) a été proposée et validée expérimentalement. Un algorithme d’optimisation Simplex a été développé afin de pouvoir identifier un modèle de pneu, aussi bien à partir de mesures (sur piste ou sur banc de test) qu’à partir de données de simulation. Ainsi, les paramètres du modèle de pneumatique peuvent être optimisés durant la phase de conception d’un véhicule, afin de répondre à des indicateurs de performance du véhicule bien définis. Aujourd’hui, les mesures précises du capteur INS/GPS, conjuguées à l’algorithme d’optimisation développé, sont notamment utilisées pour identifier des modèles de pneu à partir de mesure sur piste, et pour définir les paramètres du modèle de pneu nécessaires, en phase de conception de véhicule. […]