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PROCEDE DE DETERMINATION DE LA FERMETE D'UN SOL
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention concerne la détermination de conditions de roulage d'un
pneumatique sur un sol. Plus précisément, l'invention propose de déterminer un
état de
fermeté du sol au moyen d'un signal de mesure représentatif de la courbure
circonférentielle du pneumatique.
Il s'avère utile en effet de connaître à tout instant les conditions de
roulage d'un
pneumatique sur un sol, pour interagir avec le conducteur ou avec les systèmes
d'assistance
à la conduite, de manière à les informer en temps réel de l'évolution des
conditions de
roulage, et éventuellement de réagir à celles-ci. Notamment, la connaissance
d'un état de
fermeté du sol permet de régler les conditions d'usage d'un véhicule. Par
exemple, en
présence d'un sol meuble, la pression de gonflage d'un pneumatique peut être
baissée afin
d'élargir l'aire de contact entre le pneumatique et le sol, afin de limiter le
tassement de
celui-ci.
Par ailleurs, la détermination locale de la fermeté du sol permet d'évaluer
l'opportunité de mener ou non certaines opérations dépendantes de cet état de
fermeté. Par
exemple, le passage d'un engin dans une terre trop meuble peut dégrader le sol
ou causer
l'enlisement de l'engin. Le travail de la terre peut aussi être affecté par
l'état de fermeté du
sol.
En couplant des états de fermeté avec des données géolocalisations synchrones,
il
est possible d'établir une cartographie de la fermeté du sol d'une parcelle,
éventuellement
couplée avec d'autres caractéristiques du sol. Une telle cartographie peut
s'avérer utilise
pour déterminer un aménagement du sol de la parcelle, comme par exemple la
mise en
place d'un drainage du sol ou un empierrement de celui-ci, ou un décompactage
modulé en
fonction des besoins du sol.
Le brevet FR3015036 décrit une détermination de l'état météorologique du sol,
le
type de revêtement, le degré d'usure du pneumatique ou encore le type de
sculpture utilisé
sur la seule base d'un enregistrement sonore. Les enregistrements sonores sont
réalisés à
l'aide d'un microphone placé dans la partie avant d'un passage de roue situé à
l'arrière du
véhicule. La densité spectrale de la puissance sonore est répartie sur un
intervalle de
fréquence donné. Ce spectre varie en fonction d'un ensemble de modalités
telles que les
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conditions météorologiques, l'état de la route, le degré d'usure du
pneumatique, le type de
sculpture du pneumatique.
Toutefois, cette méthode ne permet pas de déterminer certaines conditions de
roulage pouvant représenter de l'intérêt pour des applications particulières.
En particulier,
cette méthode ne permet pas de déterminer l'état de fermeté du sol.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de permettre de déterminer en temps réel la fermeté
d'un
sol sur lequel roule un pneumatique monté sur un véhicule.
A cet effet, il est proposé un procédé de détermination de la fermeté d'un sol
sur
lequel roule un pneumatique monté sur un véhicule, ledit pneumatique étant
muni d'un
capteur configuré pour acquérir un signal de mesure représentatif de
l'évolution de la
courbure du pneumatique lors du roulement sur un sol, le procédé comprenant
les étapes
suivantes :
- acquisition par le capteur d'un signal de mesure représentatif de
l'évolution
de la courbure du pneumatique au cours du roulement,
- détermination à partir du signal de mesure de données de mesure
comprenant :
a) un premier paramètre représentatif d'une longueur d'une surface
de contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique, et
b) un deuxième paramètre représentatif d'une vitesse de mise à plat
du pneumatique lors du contact avec le sol lors d'un tour de roue du
pneumatique,
- détermination de la fermeté du sol en fonction du premier paramètre et du
deuxième paramètre.
Le procédé permet de déterminer en temps réel la fermeté d'un sol sur lequel
roule
un pneumatique monté sur un véhicule, sans considération de pression ou de
charge du
véhicule, de façon simple, précise et fiable, à partir du seul signal de
mesure représentatif
de l'évolution de la courbure du pneumatique.
Ce procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes,
prises
seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- lors du roulement, au cours d'un tour de roue, la courbure du pneumatique
évolue
selon un cycle présentant :
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- une partie hors contact avec le sol,
- une partie en contact avec le sol, dans lequel le premier paramètre est
déterminé à
partir d'une partie du signal de mesure correspondant à la partie en contact
avec le sol, et le
deuxième paramètre est déterminé à partir d'une partie du signal de mesure
correspondant à
une transition de la courbure du pneumatique entre la partie hors contact avec
le sol et la
partie en contact avec le sol;
- lors du roulement, au cours d'un tour de roue, la courbure du pneumatique
évolue
selon un cycle présentant :
- une partie hors contact avec le sol se caractérisant sur le signal de
mesure par une
courbure stable,
- une partie en contact avec le sol se caractérisant sur le signal de
mesure par un pic
de variation de courbure de contact,
- une transition dite transition d'entrée entre la partie hors contact avec
le sol et la
partie en contact avec le sol, se caractérisant sur le signal de mesure par un
pic de variation
de courbure d'entrée opposé au pic de variation de courbure de contact,
- une transition dite de sortie entre la partie en contact avec le sol et
la partie hors
contact avec le sol, se caractérisant sur le signal de mesure par un pic de
variation de
courbure de sortie opposé au pic de variation de courbure de contact,
le premier paramètre étant déterminé à partir d'une distance entre le pic de
variation
de courbure d'entrée et le pic de variation de courbure de sortie,
le deuxième paramètre étant déterminé par une pente entre le pic de variation
de
courbure d'entrée et le pic de variation de courbure de contact ;
- la fermeté du sol est déterminée en utilisant une relation linéaire liant
ladite
fermeté du sol, le premier paramètre et le deuxième paramètre ;
- la relation linéaire est de la forme :
F =a+bxKL+cxKS
avec F un facteur de fermeté, KL le premier paramètre, KS le deuxième
paramètre,
et a, b, c des coefficients fixes préalablement déterminés ;
- la fermeté est déterminée en calculant un facteur de fermeté à partir du
premier
paramètre et du deuxième paramètre, et en comparant ledit facteur de fermeté à
des seuils
délimitant des classes de fermeté.
L'invention concerne également un pneumatique comprenant un capteur sensible à
l'évolution de la courbure du pneumatique, configuré pour générer un signal de
mesure
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représentatif de l'évolution de la courbure du pneumatique lors du roulement
sur un sol,
comprenant une partie active et une carte électronique, la partie active étant
configurée
pour générer le signal de mesure, la carte électronique étant configurée pour
déterminer des
données de mesure comprenant :
a) un premier paramètre représentatif d'une longueur d'une surface de
contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique, et
b) un deuxième paramètre représentatif d'une vitesse de mise à plat du
pneumatique lors du contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique,
le capteur étant configuré pour transmettre les données de mesure à
l'extérieur du
pneumatique.
L'invention concerne également une unité de traitement de données configurée
pour
recevoir des données de mesure dérivées d'un signal de mesure représentatif de
l'évolution
de la courbure du pneumatique lors du roulement sur un sol, lesdites données
de mesure
comprenant :
a) un premier paramètre représentatif d'une longueur d'une surface de
contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique, et
b) un deuxième paramètre représentatif d'une vitesse de mise à plat du
pneumatique lors du contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique,
l'unité de traitement de données étant configurée pour déterminer la fermeté
du sol
en fonction du premier paramètre et du deuxième paramètre.
L'invention concerne également un véhicule comprenant :
- au moins un pneumatique,
- au moins capteur sensible à l'évolution de la courbure du pneumatique,
configuré pour générer un signal de mesure représentatif de l'évolution de la
courbure du
pneumatique lors du roulement sur un sol, le capteur étant de préférence
disposé à
l'intérieur du pneumatique,
- une unité de traitement de données configurée pour recevoir des données
de mesure dérivées du signal de mesure représentatif de l'évolution de la
courbure du
pneumatique lors du roulement sur un sol et pour déterminer la fermeté du sol
en fonction
des données de mesure, les données de mesure comprenant :
a) un premier paramètre représentatif d'une longueur d'une surface de
contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique, et
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b) un deuxième paramètre représentatif d'une vitesse de mise à plat du
pneumatique lors du contact avec le sol lors d'un tour de roue du pneumatique,
le véhicule
étant configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.
5 De
préférence, le capteur comprend une partie active et une carte électronique,
la
partie active étant configurée pour générer le signal de mesure, la carte
électronique étant
configurée pour déterminer les données de mesure, et dans lequel l'unité de
traitement de
données est disposée à l'extérieur du pneumatique.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant
des
instructions de code de programme pour l'exécution du procédé selon
l'invention, lorsque
ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Le produit programme
d'ordinateur peut
prendre la forme d'un support non transitoire lisible par un ordinateur
stockant des
instructions de code pour l'exécution du procédé selon l'invention, lorsque
ledit support
non transitoire lisible par un ordinateur est lu par un ordinateur.
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la
description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui
doit être lue en
regard des dessins annexés parmi lesquels :
- la Fig. 1 illustre de façon schématique un pneumatique monté sur une jante
d'un véhicule ;
- la Fig. 2 présente un exemple d'un signal de mesure enregistré par un
capteur sensible à la courbure du pneumatique lorsque le pneumatique roule ;
- la Fig. 3 présente un synoptique des étapes de la méthode d'évaluation de
la fermeté d'un sol selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- la Fig. 4 montre un exemple d'analyse statistique en deux dimensions
selon
les deux paramètres dérivés du signal de mesure pour un pneumatique avant d'un
véhicule
selon différents états de fermeté du sol;
- la Fig. 5 montre un exemple d'analyse discriminante en une dimension
pour un pneumatique avant d'un véhicule ;
- la Fig. 6 montre un exemple de classification de la fermeté des sols.
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DESCRIPTION DETAILLEE
La Fig. 1 illustre un pneumatique 1 monté sur une jante 2. Un tel pneumatique
1
comprend d'une part une zone sommet 3 constituant une bande de roulement
présentant
des sculptures, et d'autre part des flancs 4 se terminant par des zones
basses. Celles-ci
comportent généralement une tringle et un talon pour permettre le montage du
pneumatique 1 sur la jante 2. La jante 2 est elle-même reliée au véhicule 9
par un essieu
(non représenté). Le pneumatique 1 permet ainsi la liaison entre le véhicule 9
et le sol 7.
On entend ainsi par pneumatique un solide souple conçu pour être monté sur la
jante 2 d'une roue, généralement sous forme de bandage, afin d'assurer la
liaison entre le
véhicule 9 et le sol 7, comportant une bande de roulement subissant une
modification de
son rayon de courbure circonférentielle lorsqu'il est soumis à un effort. Le
pneumatique 1
est typiquement formé d'élastomères (par exemple gomme) et éventuellement
d'autres
matériaux textiles et/ou métalliques. Le pneumatique 1 peut être sans air, et
par exemple
avec des rayons de polyuréthane flexible qui supportent la bande de roulement.
De
préférence toutefois, un pneumatique 1 comprend une enveloppe flexible
renfermant un
intérieur gazeux sous pression, typiquement de l'air. Comme il s'agit du type
le plus
courant de pneumatique 1, la description qui suit est faite de manière non
limitative en
référence à un tel pneumatique 1 présentant une pression interne de gaz sous
pression.
Le pneumatique 1 est soumis à une force appliquée par le véhicule 9, via
l'essieu et
la jante 2, en direction du sol 7. Cette force tire son origine de la charge à
l'essieu, résultant
du poids du véhicule 9. La jante 2 étant indéformable, cette force
s'appliquant sur le
pneumatique 1 déforme celui-ci lorsque le pneumatique 1 est au contact de la
surface 8 du
sol 7 : la partie du sommet 3 sous la jante 2 s'aplatit, ce qui augmente la
surface de contact
6 du pneumatique 1 avec le sol, tandis que les flancs 4 se gonflent. Cette
déformation est
d'autant plus prononcée que la pression à l'intérieur du pneumatique est
faible. La nature du
sol 7 influe également sur cette déformation, et en particulier l'état de
fermeté de ce sol 7.
En effet, un sol dur ne se déforme pas ou peu, tandis qu'un sol mou se déforme
sous
l'action du pneumatique 1, de sorte que la déformation du pneumatique 1 est
moindre, en
partie transférée au sol 7.
La déformation du pneumatique 1 se traduit par une modification de la courbure
circonférentielle du pneumatique 1, c'est-à-dire de la courbure de la zone
sommet 3.
Lorsque le pneumatique 1 roule, cette modification de la courbure parcourt la
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circonférence du pneumatique 1. Pour un point donné du pneumatique 1, la
courbure va
donc varier périodiquement à chaque tour de roue.
Le pneumatique 1 est muni d'un capteur 10 configuré pour acquérir un signal de
mesure représentatif de l'évolution de la courbure du pneumatique. Ce capteur
10 est
disposé à l'intérieur de l'enveloppe du pneumatique 1. De préférence, le
capteur 10 est
disposé contre la zone sommet 3. Le capteur 10 peut être enfoui dans la
structure de
l'enveloppe du pneumatique 10, ou bien être rapporté sur celle-ci, et par
exemple maintenu
en place par une couche adhésive. Le capteur 10 comporte une partie active 11
solidaire de
l'enveloppe du pneumatique 1, de sorte que la déformation du pneumatique 1
entraîne une
déformation correspondante de la partie active 11 du capteur 10, lequel génère
un signal de
mesure fonction de la déformation de sa partie active 11. Le signal de mesure
est donc bien
représentatif de l'évolution de la courbure du pneumatique.
De préférence, le capteur 10 est un capteur piézoélectrique, lequel génère une
tension proportionnelle à la variation de flexion. Plus précisément, le
capteur 10 peut par
exemple comprendre une partie active 11 constituée d'une couche
piézoélectrique entre
deux couches conductrices. Il est également possible que le capteur 10 soit un
capteur
résistif, dont l'impédance est proportionnelle à la flexion de la partie
active 11 du capteur.
On peut également utiliser un accéléromètre, quoique d'utilisation bien plus
complexe et
demandant un traitement plus important. Le capteur 10 peut également être
adapté pour
mesurer d'autres paramètres, et en particulier la pression. Le capteur 10 peut
être intégré
dans un autre équipement électronique installé dans le pneumatique 1, tel
qu'un capteur de
pression et/ou de température de type TMS, de l'anglais "tyre monitoring
system" pour
"contrôle automatique du pneu".
Le capteur 10 comprend également une carte électronique 12 reliée à la partie
active 11 du capteur 10 et configurée pour recevoir le signal de mesure en
provenance de la
partie active 11. Cette carte électronique 12 comprend au moins un processeur
et une
mémoire, et est adaptée pour traiter des données telles que le signal de
mesure, pour
déterminer des données de mesure à partir du signal de mesure, et pour
communiquer ces
données de mesure. De préférence, le capteur 10 est associé à un émetteur sans
fil,
notamment de type radiofréquence, et par exemple du type utilisant la
technologie
Bluetooth Low Energy (Bluetooth à basse énergie) ou du type appareil de faible
puissance
opérant dans la bande des 433 MHz (LPD 433), permettant de relayer le signal
de mesure à
une unité de traitement automatisée de données, de préférence disposée à
l'extérieur du
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pneumatique 1, pour son traitement. L'émetteur sans fil peut faire partie du
capteur 10, par
exemple en tant que composant de la carte électronique 12, ou être distinct du
capteur 10.
On peut ainsi par exemple prévoir une antenne à l'intérieur du pneumatique 1.
Dans le cas
d'une communication sans fil, un récepteur externe peut recevoir les signaux
envoyés par
les moyens de communication sans fil associés au capteur 10, et les relayer à
l'unité de
traitement automatisée de données.
Bien entendu, le capteur 10 peut comprendre d'autres éléments permettant son
bon
fonctionnement, et notamment un module d'alimentation électrique, par exemple
constitué
par une batterie.
Lorsque le pneumatique 1 roule sur le sol, le capteur 10 acquiert (étape Si)
le signal
de mesure représentatif de l'évolution de la courbure circonférentielle du
pneumatique. Ce
signal de mesure peut être directement lié à la courbure (et donc être un
signal de mesure
de la courbure), et donc en suivre l'évolution, soit être indirectement lié à
la courbure. C'est
notamment le cas d'un capteur 10 dont la partie active 11 est un capteur
piézoélectrique,
puisque le signal de mesure correspond alors à la variation de la courbure.
C'est ce type de
capteur qui sera utilisé dans les exemples ci-après. Le signal de mesure,
généré par la
partie active 11 du capteur 10, est ensuite traité par la carte électronique
12 pour
déterminer des données de mesure à partir du signal de mesure. Le traitement
du signal de
mesure vise à extraire les informations utiles dans ce signal, qui sont
exploitées par la suite
du procédé.
La Fig. 2 montre un exemple schématique d'un signal de mesure enregistré par
un
capteur 10 sensible à la variation de courbure du pneumatique lorsque le
pneumatique 1
roule. Le signal de mesure est ici représenté par sa tension (en V), et
désigné par
Acourbure, en fonction de la rotation de la roue exprimée en degré.
Lors du roulement, au cours d'un tour de roue, la courbure du pneumatique
évolue
selon un cycle présentant :
- une partie hors contact avec le sol,
- une partie en contact avec le sol.
La séquence illustre deux passages dans la partie en contact avec le sol de la
zone
du pneumatique 1 où est disposé le capteur 10, séparés par une partie de cycle
hors contact
avec le sol. La partie de cycle hors contact avec le sol se caractérise par
une courbure
stable, qui se traduit par une stabilité du signal de mesure proche du zéro.
La partie du
cycle en contact avec le sol se caractérise sur le signal de mesure par un pic
de variation de
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courbure de contact 20, 30. Sur la Fig. 2, les pics de variation de courbure
de contact 20,
30 sont dirigés le bas, correspondant à des pics de tension négatives. En
effet, les pics de
variation de courbure de contact 20, 30 correspondent à la mise à plat du
pneumatique 1
dans la surface de contact 6.
La courbure présente également une transition dite transition d'entrée entre
la partie
hors contact avec le sol et la partie en contact avec le sol, se caractérisant
sur le signal de
mesure par un pic de variation de courbure d'entrée 21, 31 opposé au pic de
variation de
courbure de contact 20, 30, c'est-à-dire ici vers le haut. La variation de la
courbure présente
également une transition dite de sortie entre la partie en contact avec le sol
et la partie hors
contact avec le sol, se caractérisant sur le signal de mesure par un pic de
variation de
courbure de sortie 22, 32 opposé au pic de variation de courbure de contact,
c'est-à-dire ici
vers le haut. Le pic de variation de courbure d'entrée 21, 31 et le pic de
variation de
courbure de sortie 22, 32 correspondent aux variations brutales de rayon de
courbure du
pneumatique 1 en entrée et sortie de l'aire de contact.
Puisque le pneumatique tourne, le même cycle se répète, avec un signal de
mesure
stable hors contact avec le sol, puis un pic de variation de courbure d'entrée
21, 31, un pic
de variation de courbure de contact 20, 30, un pic de variation de courbure de
sortie 22, 32,
et enfin de nouveau un signal de mesure stable hors contact avec le sol. Ce
cycle
correspond à un tour de roue, donc à 360 , représenté par la longueur KT sur
la Fig. 2.
Pour chaque cycle, le pic de variation de courbure de sortie 22, 32 présente
le grand
avantage d'être aigu et surtout essentiellement indépendant des conditions de
sol et du
pneumatique 1. En effet, le pic de variation de courbure de sortie 22, 32
correspond au
changement de courbure du pneumatique 1 en sortie de l'aire de contact, quand
la zone du
pneumatique 1 où est située le capteur 10 passe brutalement de l'état plat
caractéristique de
la partie en contact avec le sol à l'état courbe caractéristique de la partie
hors contact avec
le sol. Sur un sol meuble, au fur et à mesure qu'il roule, le pneumatique 1
compacte le sol
sous lui, formant une ornière, et donc un fond d'ornière assez ferme sur
lequel le
pneumatique 1 repose en sortie de l'aire de contact. Par ailleurs,
l'avancement du véhicule 9
porte les contraintes essentiellement vers l'entrée de l'aire de contact. Le
pneumatique 1 en
sortie de l'aire de contact présente ainsi un comportement de sortie, en
termes de courbure,
très proche du comportement d'un pneumatique 1 sur une route.
Ainsi, il est aisé d'identifier chaque cycle correspondant à un tour de roue,
en
repérant chaque pic de variation de courbure de sortie 22, 32. Il est
également possible
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d'identifier les cycles avec un dispositif dédié, tel qu'un compte-tour. A
partir de là, les
données peuvent être exprimées en fonction de degré angulaire de chaque cycle.
Cela
permet notamment de pouvoir comparer les cycles et leurs données
indépendamment de la
vitesse du véhicule 9. Les étapes du procédé ne requièrent qu'un cycle pour
être mises en
5 oeuvre, et peuvent donc être mises en oeuvre pour chaque cycle.
Toutefois, afin de rendre le
procédé plus robuste à d'éventuels aléas ponctuels (présence d'un caillou par
exemple), il
est possible d'utiliser une combinaison de plusieurs cycles mesurés, par
exemple avec une
moyenne glissante.
L'état de fermeté du sol influence les caractéristiques du profil du signal de
mesure.
10 L'invention vise donc à extraire des paramètres du signal de mesure pour
en déduire l'état
de fermeté du sol. Le procédé comprend donc la détermination (étape S2), à
partir du
signal de mesure de données de mesure comprenant au moins un premier paramètre
KL
représentatif d'une longueur de l'aire de la surface de contact 6 avec le sol
lors d'un tour de
roue du pneumatique 1, et un deuxième paramètre KS représentatif d'une vitesse
de mise à
plat du pneumatique lors du contact avec le sol lors d'un tour de roue du
pneumatique 1.
Les données de mesure peuvent comprendre d'autres paramètres ou valeurs
dérivées du
signal de mesure.
Le premier paramètre KL est déterminé à partir d'une partie du signal de
mesure
correspondant à la partie en contact avec le sol. Plus précisément, le premier
paramètre KL
.. est déterminé à partir d'une distance entre le pic de variation de courbure
d'entrée 31, et le
pic de variation de courbure de sortie 32. S'agissant de deux maximums locaux
dans le
cycle, il est aisé d'identifier le sommet de chaque pic et d'en déduire leur
distance,
exprimée en degré. Comme le pic de variation de courbure d'entrée 31 et le pic
de variation
de courbure de sortie 32 correspondent respectivement au début et à la fin de
la partie en
contact avec le sol, le premier paramètre KL est bien fonction de l'aire du
pneumatique 1
en contact avec le sol. De fait, KL correspond à la longueur de la surface de
contact 6.
Dans l'exemple, le signal de mesure s'exprimant en volt V en fonction des
degrés
angulaires , le premier paramètre KL peut être exprimé en degré angulaire.
Le deuxième paramètre KS est déterminé à partir d'une partie du signal de
mesure
correspondant à une transition de la courbure du pneumatique entre la partie
hors contact
avec le sol et la partie en contact avec le sol. Plus précisément, le deuxième
paramètre KS
est déterminé par une pente entre le pic de variation de courbure d'entrée 31
et le pic de
variation de courbure de contact 30. Plus précisément, le deuxième paramètre
KS peut
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correspondre à la variation maximale de la variation de la courbure entre le
pic de variation
de courbure d'entrée 31 et le pic de variation de courbure de contact 30,
c'est-à-dire
correspondre à la pente maximale. Dans l'exemple, le signal de mesure
s'exprimant en volt
V en fonction des degrés angulaires , le deuxième paramètre KS peut avoir
pour unité des
V/ , c'est-à-dire en dérivée seconde de la courbure du pneumatique 1.
KS peut être approximé de plusieurs façons. Par exemple, le deuxième paramètre
KS peut correspondre au maximum (au sens de la valeur absolue) de la dérivée
du signal
de mesure entre le pic de variation de courbure d'entrée 31 et le pic de
variation de
courbure de contact 30, la dérivée étant estimée à partir de la différence
entre deux points
de mesure successifs (ou proches), en prenant évidemment en compte leur
éloignement
angulaire. S'agissant dans l'exemple d'une pente décroissante, ce maximum au
sens de la
valeur absolue correspond à un minimum de la dérivée du signal de mesure entre
le pic de
variation de courbure d'entrée 31 et le pic de variation de courbure de
contact 30. Il est
également possible, au lieu de rechercher une valeur extrémale de dérivée, de
choisir des
points de mesure fixes, comme par exemple ceux situés à équidistance des
sommets du pic
de variation de courbure d'entrée 31 et du pic de variation de courbure de
contact 30, et de
calculer la dérivée à partir de ces points. On peut encore prendre les points
de mesure
correspondant à une valeur de signal de mesure, comme par exemple le passage
au zéro
dans le cas illustré. Il est encore possible d'utiliser des approches plus
complexes, comme
par exemple l'algorithme de Savitzky-Golay. Toutefois, le choix d'une
fréquence
d'échantillonnage relativement faible, typiquement inférieure ou égale à 500
Hz, et de
préférence inférieure ou égale à 400 Hz, comme les 300 Hz de l'exemple,
revient à lisser le
signal de mesure et permet de choisir des approches moins lourdes en calcul,
tel que celles
présentées plus haut.
Le premier paramètre KL et le deuxième paramètre KS ont l'avantage de
présenter
une grande variabilité en fonction de la fermeté du sol, et d'être facilement
obtenus, comme
démontré ci-dessus. Plus précisément, lorsque la fermeté du sol diminue, le
premier
paramètre KL augmente tandis que le deuxième paramètre KS diminue. Ainsi, plus
le sol
est meuble, plus la longueur de la surface de contact 6 avec le sol 7
(représentée par le
premier paramètre KL) augmente, tandis que la vitesse de mise à plat
(représentée par le
deuxième paramètre KS) diminue. A l'inverse, lorsque la fermeté du sol 7
augmente, le
premier paramètre KL diminue tandis que et le deuxième paramètre KS augmente.
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Pris individuellement, le premier paramètre KL et/ou le deuxième paramètre KS
peuvent dépendre de la charge, de la pression, et/ou de la vitesse. Toutefois,
la prise en
compte à la fois du premier paramètre KL et du deuxième paramètre KS permet de
déterminer la fermeté du sol à partir de ces seuls paramètres, sans connaître
la charge, la
pression, la vitesse, et le glissement du pneumatique 1 sur le sol.
De préférence, c'est la carte électronique 12 du capteur 10 qui détermine à
partir du
signal de mesure les données de mesure comprenant le premier paramètre KL et
le
deuxième paramètre KS. Ces données de mesure sont ensuite transmises par le
capteur 10
à une unité de traitement de données 15 qui met en oeuvre la suite du procédé.
Cette unité
de traitement de données 15 est de préférence disposée à l'extérieur du
pneumatique 1, par
exemple dans le véhicule 9 mais l'unité de traitement 15 peut également être
distante du
véhicule 9, et la transmission des données peut alors faire intervenir des
moyens de
transmission intermédiaires. La transmission des données de mesure entre le
capteur 10 et
l'unité de traitement de données 15 se fait alors de manière sans fil. L'unité
de traitement de
données 15 comprend typiquement un processeur et une mémoire, et est adaptée
pour
recevoir et pour traiter les données de mesure lors de la mise en oeuvre de la
suite du
procédé de la détermination de la fermeté du sol.
Il est possible de transmettre le signal de mesure à l'unité de traitement 15
pour la
mise en oeuvre de la suite du procédé. Toutefois, la détermination des données
de mesure
par le capteur 10et la transmission de ces seules données de mesure vers
l'unité de
traitement de données 15 présente l'avantage de réduire la quantité de données
transmises
entre le capteur 10 et l'unité de traitement de données 15. La transmission de
données
consommant beaucoup d'énergie, transmettre les données de mesure plutôt que le
signal de
mesure permet de limiter la consommation électrique du capteur 10, dont les
possibilités
d'alimentation dans le pneumatique 1 sont limitées.
Il est par ailleurs avantageux de ne pas utiliser la carte électronique 12 du
capteur
10 pour la mise en oeuvre de la suite du procédé, mais plutôt d'utiliser
l'unité de traitement
de données 15 pour traiter les données de mesure. On limite ainsi les calculs
effectués par
la carte électronique 12 du capteur 10, ce qui permet d'économiser de
l'énergie et de la
mémoire au niveau de la carte électronique 12. De plus, il est plus aisé de
modifier les
modalités de mise en oeuvre de la suite du procédé sur une unité de traitement
de données
15 facilement accessible, plutôt que sur le capteur 10 à l'intérieur du
pneumatique 1.
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Une fois que l'unité de traitement 15 a reçu les données de mesure, l'unité de
traitement 15 peut déterminer la fermeté du sol en fonction du premier
paramètre KL et du
second paramètre KS contenus dans les données de mesure, qui varient en
fonction de la
fermeté du sol, comme montré ci-dessous.
La Fig. 4 un exemple d'analyse statistique en deux dimensions selon les deux
paramètres KL et KS dérivés du signal de mesure pour un pneumatique 1 d'un
véhicule 9
roulant sur un sol 7 dont la fermeté est connue. Dans cet exemple, les données
de mesure
dérivent d'un signal de mesure acquis par un capteur 10 piézoélectrique
disposé dans un
pneumatique avant d'un tracteur agricole lors d'un roulement sur un même sol
présentant
trois configurations de fermeté différentes :
- CO (sol très meuble) : terre brute de labourage suivie d'un hersage,
- C2 (sol assez meuble) : terre brute de labourage suivie d'un hersage
compactée
deux fois par le passage d'un pneumatique 1 (par les roues avant et arrière
d'un véhicule 9,
correspondant donc à un passage de véhicule 9),
- route (sol dur) : surface bitumée.
Il est à noter que les points de mesure regroupent des charges, des pressions
et des
vitesses (inférieures à 20 km/h) variées.
Les points de mesure sont exprimés en fonction du premier paramètre KL (en
abscisse et en degré angulaire) et du second paramètre KS (en ordonnée et en
V/ ). Ces
valeurs dépendent évidemment du type de pneumatique 1 et du capteur 10
utilisés. Les
croix correspondent à un roulement sursol très meuble CO, et sont regroupées
dans un
premier ellipsoïde de confiance 41 à 95%. Les cercles correspondent à un
roulement sur
sol assez meuble C2, et sont regroupés dans un deuxième ellipsoïde de
confiance 42 à
95%. Les points correspondent à des points de mesure lorsque roulement sur une
route (sol
très ferme), et sont regroupés dans un troisième ellipsoïde de confiance 43 à
95%. Les
exemples de la Fig. 4 donnent ainsi une indication sur les grandeurs prises
par les
paramètres KL et KS. Par exemple, sur route, le second paramètre KS est
compris entre -
0,7 VI et -1 V/ , tandis que le premier paramètre KL est compris entre 35 et
43 .
On constate que le troisième ellipsoïde de confiance 43 est nettement séparé
des
deux autres. Les deux paramètres KL et KS permettent donc d'identifier
facilement un sol
très dur tel que la route. On constate également que si le premier ellipsoïde
de confiance 41
et le second ellipsoïde de confiance 42 se recouvrent un peu, ils sont
néanmoins très
suffisamment disjoints pout permettre de distinguer un point de mesure avec un
sol CO
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d'un point de mesure avec un sol C2. Ainsi, la prise en compte combinées des
paramètres
KL et KS permet d'identifier l'état de fermeté du sol, malgré des charges, des
pressions et
des vitesses variées.
Plus précisément, les données de mesure comprenant les paramètres KL et KS
sont
.. utilisées pour analyser le signal de mesure afin de déterminer à quelle
classe de fermeté
appartient le sol sur lequel roule le pneumatique 1. L'utilisation de classes
permet de
faciliter et de simplifier l'éventuel retour d'information au conducteur ou
l'exploitation par
un système automatisé, tout en gommant des fluctuations et imprécisions de
mesure.
L'utilisation de classe de fermeté n'est pas obligatoire, puisqu'il est
possible d'exprimer la
fermeté au moyen d'une grandeur numérique, comme par exemple un pourcentage,
mais il
s'agit cependant du mode de réalisation préférentiel qui est présenté ci-
dessous.
A titre d'exemple illustratif et non limitatif, les classes suivantes peuvent
être
utilisées :
[Table 1]
Classe DO Dl D2 D3 D4
D5 I
Très S emi-
Etat de fermeté Meuble S emi-dur Dur Très dur
meuble meuble
Terre C2
Exemple Terre CO Terre Cl Herbe Chemin Route
ou C3
Dans ce tableau, terre CO est la terre brute de labourage suivie d'un hersage,
terre
Cl est la terre CO compactée par un passage de roue (uniquement par la roue
avant), terre
C2 est la terre CO compactée par deux passages de roue (par la roue avant et
par la roue
arrière), terre C3 est la terre CO compactée par trois passages de roue (par
la roue avant,
par la roue arrière, puis encore par la roue avant). Il est à noter que les
terres C2 et C3 (et
éventuellement suivantes) sont regroupés dans la même classe car la terre
arrive très vite à
sa compacité maximale au passage d'un véhicule 9. Ces classes présentent
l'avantage de
rendre compte des effets respectifs sur la fermeté du sol du passage des roues
avant et des
roues arrière. Bien entendu, d'autres classes pourraient être utilisées. Il
serait par exemple
possible d'utiliser des classes encore plus meubles, par exemple
représentative d'un sol très
meuble boueux, voire avec un défaut de portance.
La fermeté du sol est donc déterminée en utilisant une relation liant la
fermeté du
sol, le premier paramètre KL et le deuxième paramètre KS. Ainsi, après avoir
été
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déterminés, le premier paramètre KL et le deuxième paramètre KS sont utilisés
pour
déterminer un facteur de fermeté (étape S3) au moyen de cette relation. Ainsi,
en notant F
le facteur de fermeté, et f une fonction correspondant à la relation et
portant sur le premier
paramètre KL et le deuxième paramètre KS, on peut écrire :
F = f (K L, KS)
5
De préférence, cette relation est une relation linéaire. Plus précisément, la
relation
linéaire peut être de la forme :
F =a+bxKL+cxKS
avec F le facteur de fermeté, KL le premier paramètre, KS le deuxième
paramètre,
et a, b, c des coefficients réels non nuls fixes préalablement déterminés. La
relation peut
10 être bilinéaire, et donc être du type :
F =a+bxKL+cxKS+mxKLxKS
avec a, b, c, et m des coefficients réels non nuls fixes préalablement
déterminés.
Il est à noter que la relation liant la fermeté du sol, le premier paramètre
KL et le
deuxième paramètre KS peut bien évidemment prendre en compte d'autres
paramètres, et
en particulier peut prendre en compte la pression d'un pneumatique, la
vitesse, ou encore la
15 longueur KT (tour de roue).
Les coefficients fixes a, b, c, et m sont de préférence choisis afin de
maximiser la
discrimination de classes de fermeté du sol. On peut par exemple utiliser une
analyse
discriminante à une dimension. Cette analyse discriminante vise à maximiser
les écarts
entre les centres de gravité de chacune des classes de fermeté du sol, tout en
minimisant la
dispersion intra-classe.
La Fig. 5 montre un exemple d'analyse discriminante en une dimension pour un
pneumatique 1 avant d'un véhicule 9, pour les mêmes données que celles de la
Fig. 4. Les
échantillons (1388 exactement) sont regroupés par configuration de roulement
selon l'axe
des abscisses, tandis que l'axe des ordonnées correspond à l'axe discriminant.
Les points de
mesure ont été relevés avec trois configurations différentes d'état de
fermeté. Un premier
ensemble 51 de points de mesure regroupe les points de mesure relevés sur
route, un
deuxième ensemble 52 de points de mesure regroupe les points de mesure relevés
sur une
terre très meuble, correspondant à la configuration terre CO, un troisième
ensemble 53 de
points de mesure regroupe les points de mesure relevés sur une terre semi-
meuble,
correspondant à la configuration terre C2. L'analyse discriminante sur les
paramètres KL et
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KS consiste à combiner ces deux paramètres pour en déduire un troisième qui
correspond à
un facteur de fermeté FAD, qui correspond à l'ordonnée de chaque point de
mesure. La
relation est alors la suivante :
FAD = 0,012516 x KL + 0,57576 X KS
En référence à la formule générale donnée plus haut, on a donc a=0,
b=0,012516, et
c=0,57576. Les valeurs des coefficients fixes dépendent bien évidemment du
type de
pneumatique, du capteur 10 utilisé, de sa disposition sur le pneumatique avant
ou arrière, et
des configurations de sol utilisées pour recueillir les données.
L'analyse discriminante permet de déterminer des seuils de classification
séparant
les différentes classes. Dans l'exemple de la Fig. 4, les seuils résultants
sont représentés par
des lignes horizontales en pointillés. Ainsi, une première ligne 55 départage
la classe
"route" de la classe "terre C2", avec un seuil de classification à 0,088066.
Une seconde
ligne 56 départage la classe "terre C2" de la classe "terre CO" avec un seuil
de
classification à 0,44572.
Ainsi, après avoir été déterminés, le premier paramètre KL et le deuxième
paramètre KS sont utilisés pour déterminer un facteur de fermeté, et la classe
de fermeté
sur sol est déterminée (étape S4) en comparant ce facteur de fermeté à des
seuils de
classification. Dans cet exemple, la probabilité moyenne de détection correcte
des trois
classes (route, terre C2 et terre CO), monte à 97%, se répartissant comme suit
:
- 100 % pour la classe route,
- 94% pour la classe terre C2,
- 96% pour la classe terre CO.
On obtient ainsi une excellente correspondance entre les classes de fermeté
déterminées par le procédé et la fermeté réelle des configurations de sol des
points de
mesure.
Il est à noter que le comportement d'un pneumatique 1 monté à l'avant d'un
véhicule
9 diffère du comportement d'un pneumatique 1 monté à l'arrière du véhicule 9,
essentiellement à cause des dimensions respectives différentes d'un
pneumatique 1 avant et
d'un pneumatique 1 arrière, mais également en raison du tassement de la terre
par le
pneumatique 1 avant, renforçant la fermeté du sol sur lequel roule un
pneumatique 1
arrière. Par conséquent, la relation liant la fermeté du sol, le premier
paramètre KL et le
deuxième paramètre KS peut être différente pour un pneumatique 1 avant et pour
un
pneumatique arrière. De préférence, le capteur 10 est placé dans un
pneumatique 1 avant,
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rendant mieux compte de la fermeté effective du sol tel qu'il se présente
avant d'être tassé
par le roulement d'un pneumatique 1. Ainsi, avec la relation linéaire exprimée
plus haut,
les coefficients fixes a, b, c peuvent être différents en fonction de la
position du capteur 10
dans un pneumatique 1 avant ou dans un pneumatique 1 arrière. De préférence
encore, un
capteur 10 est placé dans un pneumatique 1 avant et un autre capteur 10 est
placé dans le
pneumatique arrière qui suit ledit pneumatique avant (c'est-à-dire
généralement du même
côté du véhicule 9). Il est alors possible d'avoir deux relations linéaires,
l'une pour le
pneumatique avant et l'autre pour le pneumatique arrière :
rFAv = aAV + bAV X KLAv + CAv X KSAv
AR = aAR + bAR X KLAR + CAR X KSAR
avec FAv la fermeté déterminée à partir des données de mesure du pneumatique
113 avant, KLAv le premier paramètre pour le pneumatique avant, KSAv le
deuxième paramètre
pour le pneumatique avant, et aAv, bAv, cAv des coefficients fixes
préalablement
déterminés pour le pneumatique avant, et avec FAR la fermeté déterminée à
partir des
données de mesure du pneumatique arrière, KLAR le premier paramètre pour le
pneumatique arrière, KSAR le deuxième paramètre pour le pneumatique arrière,
et aAR, bAR,
CAR des coefficients fixes préalablement déterminés pour le pneumatique
arrière.
A titre d'exemple, on peut avoir les deux relations suivantes :
rFAv = 0,012516 X KLAv + 0,57576 X KSAv
AR = 0,011622 X KLAR + 1,2213 X KSAR
Dans la mesure où les fermetés vues par le pneumatique avant et par le
pneumatique arrière dérivent d'analyses discriminantes différentes, FAv et FAR
ne sont pas
directement sur les mêmes échelles. Il est cependant préférable de pouvoir
comparer et
exploiter en commun les fermetés déterminées à partir du pneumatique avant et
du
pneumatique arrière, en trouvant une échelle commune pour l'expression de ces
deux
fermetés. La classe "route" peut être choisi comme référence commune, dans la
mesure où
elle apparaît comme peu dispersée, ce qui permet de déterminer les
transformations pour
recaler les échelles. Il s'agit simplement de modifier les coefficients fixes
a, b et c
respectifs des deux relations.
On peut en outre exprimer ces fermetés en fonction de l'étalement des mesures
: la
fermeté la plus élevée des points de mesure peut alors correspondre à un
extrême d'une
échelle, tandis que la fermeté la plus basse des points de mesure peut alors
correspondre à
l'autre extrême de l'échelle. On peut par exemple utiliser des pourcentages
pour exprimer la
fermeté, avec 100% pour le facteur de fermeté le plus élevé et 0% pour le
facteur de
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fermeté le plus faible. Là encore, il s'agit simplement de modifier les
coefficients fixes a, b
et c respectifs des deux relations.
En reprenant l'exemple des deux relations données plus haut, ces deux
relations
peuvent exprimer un facteur de fermeté en pourcentage, sur une même échelle :
Ç F(%) = 90,03840 ¨ 1,59822 X KLAv - 73,58853 X KSAv
tF(%) = 62,80775 ¨ 1,48666 X KLAR - 156,23955 X KSAR
A titre d'exemple, la Fig.6 montre une classification de la fermeté des sols
en
pourcentage selon les six classes du tableau Table 1, avec les seuils de
classification
représentés par des lignes verticales en tirets, et les indications des
densités de probabilités
pour chaque classe avec une modélisation par une loi normale.
On peut ainsi compléter le tableau Table 1 avec les seuils correspondants,
pour
113 donner le tableau suivant :
[Table 2]
Classe DO Dl D2 D3 D4 D5
I ,
Etat de Très S emi-
Meuble S emi-dur Dur Très dur
fermeté meuble meuble
Étendue 0 à 27% 27 à 38% 38 à 61% 61 à 72% 72 à 83% 83 à 100%
¨
Terre C2
Exemple Terre CO Terre Cl Herbe Chemin Route
ou C3
¨
Ces classes sont préalablement déterminées, et stockées dans la mémoire de
l'unité
de traitement 15, qui stocke également la relation liant la fermeté du sol, le
premier
paramètre KL et le deuxième paramètre KS. Les classes peuvent être utilisées
par l'unité de
traitement 15 pour traiter les données de mesure pour le pneumatique 1 et le
capteur 10
correspondant, afin de déterminer la classe de fermeté du sol sur lequel roule
le
pneumatique 1. Par exemple, si le facteur de fermeté (en pourcentage) F(%)
calculé pour
un couple de premier paramètre KL et de deuxième paramètre KS issus du signal
de
mesure est de 92%, cela signifie que le pneumatique 1 roule sur un sol très
dur, comme une
route, appartenant à la classe D5. Des mesures appropriées peuvent alors être
prises en
fonction de la fermeté ainsi déterminée. Par exemple, dans le cas d'un
tracteur agricole
avec une transmission intégrale sans différentiel central, le pont avant peut
être débrayé
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afin d'éviter l'usure sur un sol dur. A l'inverse, il est également possible
par exemple de
réduire la pression des pneumatiques lorsque le sol est très meuble, afin de
limiter le
marquage de celui-ci ou de réduire le risque d'enfouissement des roues.
Ces mesures peuvent être commandées par l'unité de traitement de données 15
qui a
déterminé la fermeté du sol, notamment lorsqu'il s'agit d'une unité de
commande centrale
du véhicule 9. Il est également possible que l'unité de traitement de données
15 qui a
déterminé la fermeté du sol se contente de transmettre l'information
constituée par la
fermeté du sol (exprimée selon une grandeur ou synthétisée sous la forme d'une
indication
de classe) à un autre organe de commande et/ou à un dispositif d'affichage
afin d'en
informer l'utilisateur.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux
figures
annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la
constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques,
sans sortir
pour autant du domaine de protection de l'invention.
