Brevet FR2495088A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne un système de direction pour véhicules à moteur permettant de diriger les roues arrière ainsi que les roues avant et, plus précisément, un système de direction permet- tant de diriger les roues arrière d'un véhicule à moteur par commande électronique. Les véhicules à moteur classiques comportent une roue avant 30, comme le représente la Fig. 9 dans les dessins annexés, que l'on peut diriger par rotation d'un volant. Lorsqu'on tourne le volant, la roue avant commence à tourner en faisant un angle a1 par rapport à l'axe longitudinal du véhicule et en produisant une force latérale F1, amorçant ainsi le mouvement circu- laire du véhicule. A cet instant, il se produit une accélaration latérale a, ou accélération de lacet (vi- tesse angulaire de lacet) résultant du mouvement de lacet du véhicule par rapport à l'axe vertical passant par son centre de gravité. Comme le véhicule amorce son virage, la roue arrière 31 forme un angle d'écart a2 par rapport à l'axe longitudinal du véhicule et est soumise à une force latérale F2, augmentant ainsi l'accélération latérale a. Comme la direction n'agit que sur les roues avant de ce type de véhicule à moteur, l'apparition de la force latérale sur les roues arriè- re est retardée par rapport à l'instant o les roues avant sont soumises à une force latérale, de sorte que la roue arrière 31 ne participe au mouvement circulaire du véhicule qu'après un certain laps de temps. Le retard de la réponse de la roue arrière est d'autant plus im- portant que la vitesse du véhicule est élevée étant donné que l'angle de virage du véhicule et que l'angle d'écart maximum a2 de la roue arrière 31 sont d'autant plus grands que la vitesse du véhicule est élevée, pour un même angle de braquage. Du fait que le retard de la réponse de la roue arrière augmente avec la vitesse, le véhicule a tendance à ne pas obéir immé- diatement aux actions du conducteur sur la direction. Pour remédier au retard de la réponse de la roue arrière, on a proposé un système de direction agissant aussi bien sur les roues arrière que sur les roues avant. Lorsqu'un système de direction de ce type est installé sur un véhicule à moteur, les roues arrière sont mécaniquement reliées aux roues avant en ce qui concerne leur mouvement de direction. Ce- pendant, il est nécessaire de commander les roues arrière, de façon à satisfaire aux exigences de tenue de route du véhicule lorsque celui-ci effectue un virage. Lorsqu'un véhicule est soumis à une accélé- ration ou à une décélération, ses caractéristiques de virage sont différentes de celles qu'il possède lors- qu'il se déplace à vitesse constante, même si à un certain instant les vitesses sont identiques dans les deux cas. Plus précisément, lorsque le véhicule est sortais à une accélération ou à une décélération, la répartition de la charge du véhicule sur les roues avant et arrière varie, de sorte que les suspensions avant et arrière se déplacent alternativement vers le haut et vers le bas, ce qui conduit à des variations des caractéristiques de sur ou de sous-virage et de dévers au niveau des roues avant et arrière. Par conséquent, lorsque le véhicule est soumis à une accélération ou à une décélération alors qu'il suit une trajectoire circulaire normale, le rayon de cour- bure du mouvement de virage varie. C'est ainsi que lorsqu'il est soumis à une accélération en cours de virage, un véhicule à traction avant tournera en suivant une courbe ayant un plus grand rayon de cour- bure que dans le cas o il tournerait à vitesse cons- tante, et inversement, un véhicule à traction arrière tournera en suivant une courbe ayant un plus petit rayon de courbure. On peut améliorer la manoeuvrabili- té et la stabilité des véhicules à directions avant et arrière en diminuant les variations des caractéris- tiques de virage que l'on obtiendrait en accélérant et en décélérant le véhicule en cours de virage. Il est également souhaitable pour ce type de véhicule, de choisir le rapport des angles de direction entre les roues avant -et arrière de façon à améliorer le confort de conduite du conducteur. L'invention concerne un système de direction pour véhicule à moteur à roues arrière comprenant un capteur pour détecter au moins un mouvement de vi- rage du véhicule, et un dispositif de commande répon- dant à un signal provenant du capteur et permettant de diriger les roues. Le capteur peut être constitué par un dispositif capable de détecter une accélération latérale ou une vitesse angulaire de lacet, ou par une combinaison d'un capteur capable de détecter l'an- gle de direction et d'un capteur capable de détecter une accélération latérale ou une vitesse angulaire de lacet. Le capteur peut également être constitué par une combi- naison d'un capteur mesurant l'angle de direction et d'un capteur mesurant l'accélération et la décéléra- tion, ou être constitué par une combinaison de ce type, elle-même combinée à un capteur mesurant la vi- tesse du véhicule et/ou à un capteur mesurant une accélération latérale ou une vitesse angulaire de la- cet. Le dispositif de commande comprend un calculateur destiné à traiter les signaux en provenance du capteur et un mécanisme d'entraînement pouvant être commandé par le calculateur. Pour une vitesse du véhicule supé- rieure ou égale à 80 km/h, le rapport y des angles de direction des roues arrière et des roues avant doit être dans la gamme de 0 L'invention a pour but de fournir un système de direction pour véhicules permettant de diriger les roues arrière de façon à satisfaire aux conditions de virage du véhicule lorsque celui-ci effectue un virage. L'invention a également pour but de fournir un système de direction pour véhicules permettant de diminuer les variations des caractéristiques de vira- ge du véhicule lorsque celui-ci est soumis à une accé- aération ou à une décélération en cours de virage. L'invention a enfin pour but de fournir un système de direction pour véhicules permettant de sé- lectionner le rapport des angles de direction des roues avant et arrière de façon à améliorer le con- fort de conduite du conducteur. D'autres buts de l'invention, ainsi que ceux qui sont mentionnés cidessus ressortiront à la lecture de la description ci-après, accompagnée des dessins annexés qui illustrent certains modes de réalisation préférés de l'invention. La Fig. 1 est un schéma plan d'un véhicule à moteur équipé d'un système de direction selon la présente invention; la Fig. 2 est un schéma plan d'un véhicule à moteur équipé d'un système de direction selon un autre mode de réalisation; la Fig. 3 est un schéma représentant les angles d'écart et les forces latérales engendrées sur les roues avant et arrière et l'accélération latérale s'exerçant au centre de gravité d'un véhicule à moteur équipé du système de l'invention, lorsque le véhicule commence à tourner; la Fig. 4 est un schéma analogue à celui de la Fig. 3, représentant les mêmes paramètres lorsque le véhicule poursuit son virage; la Fig. 5 est un schéma plan d'un véhicule à moteur comportant un système de direction selon un autre mode de réalisation; la Fig. 6 est un schéma plan d'un véhicule à moteur comportant un système de direction selon une variante du mode de réalisation de la Fig. 5; les Figures 7 et 8 sont des graphiques re- présentant les données obtenues lorsque des véhicules ont été essayés dans le but de déterminer les meilleurs rapports des angles de direction des roues avant et arrière; et les Figures 9 et 10 sont des schémas analo- gues à ceux des Figures 3 et 4, représentant un véhicu- le classique ayant seulement une direction avant. Dans la Figure 1, l'action de direction pro- venant d'un volant 1 d'un véhicule à moteur est trans- mise par une colonne de direction 2 à une boite d'en- grenages 3 qui comprend un mécanisme de conversion de mouvement adéquat tel qu'un système à pignon et cré- maillère pour transformer le mouvement rotatif du vo- lant 1 en un mouvement rectiligne d'une barre d'accou- plement 4. Deux leviers de commande de fusées 5 et 5, reliés de façon à pouvoir pivoter aux extrémités de la barre d'accouplement 4, peuvent effectuer un mouve- ment angulaire autour de goupilles-pivots 5a et 5a afin de commander la direction d'une paire de roues avant 6 et 6. Deux roues arrière 7 et 7 peuvent être diri- gées par le déplacement rectiligne d'une barre d'accou- plement 8 reliée à celles-ci par deux leviers de fusées respectifs 9 et 9 pouvant pivoter autour des goupilles- pivots 9a et 9a. Le véhicule à moteur est équipé d'un capteur permettant de détecter une accélération latérale ou accélération de lacet engendrée par un mouvement de lacet du véhicule autour d'un axe vertical passant par son centre de gravité lorsque celui-ci tourne, d'un calculateur de commande 11 et d'un servo-méca- nisme 12 tel qu'un moteur, le mécanisme 12 étant relié à une boite d'engrenage 13 contenant un mécanisme de conversion du mouvement tel qu'un système à pignon et crémaillère reliéeà la barre d'accouplement 8. Le calculateur 11, le mécanisme 12 et la boîte d'engre- nages 13 constituent ensemble un dispositif de comman- de 14 permettant de diriger les roues arrière 7 et 7. Lorsqu'on tourne le volant 1 alors que le véhicule est en mouvement, celui-ci est soumis à une accélération latérale ou accélération de lacet (vites- se angulaire de lacet) dépendant de la direction vers laquelle on fait tourner le véhicule. Cette accéléra- tion latérale ou accélération de lacet est détectée par un capteur 10 qui produit un signal électrique envoyé au calculateur il qui commande le mécanisme 12. Le mécanisme 12 actionne-alors la barre d'accouplement 8 qui fait pivoter les leviers de fusées 9 et 9 autour des goupilles-pivots 9a et 9a, respectivement. Les roues arrière 7 et 7 sont donc dirigées en réponse à l'accélération latérale ou accélération de lacet produite, qui est traitée par le calculateur 11'. Le calculateur il est programmé pour calculer l'équation 6r = ka, o a est l'accélération latérale, 6r est l'angle de direction appliqué aux roues arrière et k est une constante de proportiona- lité qui dépend de la vitesse du véhicule puisque le retard de la réponse des roues arrière au mouvement de direction des roues avant, lorsque le véhicule est en cours de virage, est d'autant plus long que la vitesse est élevée. On doit donc choisir la constante k de telle manière qu'elle- soit peu différente de zéro à faible vitesse, et qu'elle augmente lorsque la vi- tesse augmente, ceci étant réalisé par l'envoi d'in- formations par un-capteur de vitesse du véhicule, au calculateur. Comme le montre la Figure 3, lorsqu'un angle d'écart al et qu'une force latérale F1 sont engendrés au niveau de la roue avant 6 et que le véhicule est soumis à une accélération latérale a à un stade ini- tial du virage effectué par le véhicule, un angle d'écart a2 et une force latérale F2 sont immédiatement appliqués sur la roue arrière 7. Par conséquent, la réponse des roues arrière est sensiblement améliorée, l'accélération latérale a étant accrue.Au fur et à mesure que le véhicule tourne, la roue arrière 7 est soumise à un angle de braquage de plus en plus élevé, comme le montre la Figure 4. On atteindra donc une trajectoire circulaire normale au bout d'un court laps de temps étant donné que l'angle de direction a2 appli- qué à la roue arrière 7 augmente rapidement. Lorsque le véhicule est soumis à une force la- térale due à un vent latéral alors qu'il -se déplace en mouvement rectiligne, le capteur détecte une accé- lération latérale produite par la force latérale ap- pliquée et dirige les roues arrière de façon à compen- ser la force latérale, maintenant ainsi automatiquement le véhicule sur une trajectoire rectiligne constante. Un appareil de direction selon un autre mode de réalisation représenté Fig. 2, comprend un capteur d'accélération latérale ou de lacet 10, un calculateur 11, un servomécanisme 12 et un capteur d'angle de direction 15 tel qu'un potentiomètre monté sur la colon- ne de direction 2. Le détecteur 15 détecte l'angle de rotation du volant 1 et produit un signal qui est envoyé au calculateur 11. Ainsi, les roues arrière 7 et 7 peuvent être dirigées en même temps que les roues avant 6 et 6. On peut encore diminuer le retard de la réponse des roues arrière 7 et 7 au mouvement des roues avant 6 et 6 si l'angle de braquage appli- qué à la roue arrière est donné par 6r = h6f + ka, o Sf est l'angle de braquage appliqué aux roues avant, et h est une constante de proportionalité. Les roues arrière sont tournées-dans la même direction que les roues avant, comme le montrent les Figures 3 et 4 lorsque le véhicule se déplace à vitesse élevée. A faible vitesse, il est préférable de braquer les roues arrière dans le sens opposé à celui dans lequel on braque les roues avant afin de réduire le rayon de courbure de la trajectoire du vé- hicule. En d'autres termes, la gamme des angles de rotation du volant est plus faible à grande vitesse qu'à basse vitesse. Il est donc préférable de braquer les roues arrière et avant dans le même sens lorsque l'angle de direction est faible et en sens opposé lors- que celui-ci est grand. Selon les modes de réalisation représentés dans les Figures 1 et 2, les roues arrières sont com- mandées par le dispositif de commande à partir d'un signal indiquant qu'une accélération latérale ou de lacet a été détectée sur le véhicule alors que celui- ci était en train de tourner, réduisant ainsi le retard de la réponse des roues arrière aux roues avant. Les roues arrière peuvent suivre la trajectoire circulaire normale du véhicule au bout d'un court laps de temps, ce qui conduit à une amélioration de la souplesse avec laquelle le véhicule peut changer de direction après rotation du volant. Les systèmes de direction commandés électro- niquement de l'invention ne se limitent pas aux modes de réalisation représentés dans les Figures 1 et 2. A titre d'exemple, on peut diriger les roues arrière 7 2495088; et 7 à partir d'un signal indiquant seulement un mouvement angulaire de la colonne de direction, ou d'un signal indiquant un mouvement rectiligne de la barre d'accouplement 4 des roues avant ou des dépla- cements d'autres éléments reliés à la barre d'accou- plement 4. En variante, les roues arrière 7 et 7 peu- vent être dirigées à partir d'un signal provenant d'un dispositif détectant un mouvement de virage du véhicule autre qu'une accélération latérale ou qu'un mouvement de lacet. Les Figures 5 et 6 représentent d'autres modes de réalisation du système de direction selon lesquels les roues arrière peuvent être dirigées à partir d'un signal indiquant un mouvement de virage du véhicule et une accélération ou une décélération de celui-ci. Les éléments des Figures 5 et 6 identiques à ceux des Figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence. Le système de direction illustré dans la Figure 5 comprend un détecteur 20 pour détecter la rotation d'un volant 1, un capteur 21 pour détecter l'accélération ou la décélération d'un véhicule, un calculateur de commande 22 recevant des signaux élec- triques en provenance du détecteur 20 et du capteur 21, un servomécanisme 12 tel qu'un moteur commandé par le calculateur 22 et une boîte d'engrenages 13 permettant de convertir les mouvements produits par le mécanisme 12 en mouvements rectilignes d'une barre d'accouplement 8 au moyen d'un mécanisme de conver- sion des mouvements tel qu'un système à crémaillère et pignon, le calculateur 21, le mécanisme 12 et la boîte d'engrenages 13 constituant ensemble. un dis- positif de commande permettant de diriger les roues arrière 7 et 7. Un détecteur d'angle de direction 20 est monté sur la colonne de direction 2 et est constitué par un potentiomètre fournissant au calcu- lateur 22 des signaux de sortie indiquant la direction et la valeur de l'angle de braquage, c'est à dire, la direction prise par le véhicule et le rayon de cour- bure de la trajectoire que doit suivre le véhicule. Lorsque le véhicule amorce un virage, le mouvement de virage est détecté par le capteur 20 et lorsqu'il est soumis à une accélération ou à une décé- lération, celle-ci est détectée par Le capteur 21. Le calculateur 22 répond aux signaux provenant du capteur et du capteur 21 en actionnant le mécanisme 12 sous l'effet duquel la boîte d'engrenages 13 dirige les roues arrière 7 et 7 par l'intermédiaire de la barre d'accouplement 8. Le sens et la valeur de l'angle de -15 direction des roues arrière 7 et 7 sont déterminés par le calculateur 22 à partir du sens et de la valeur de l'angle de rotation du volant détecté par le capteur et de la valeur de l'accélération ou de la décé- lération détectée par le capteur 21. A titre d'exem- pIe, dans le cas d'un véhicule à moteur à traction avant, les roues arrière 7 et 7 doivent être diri- gées vers l'extérieur, dans le sens opposé à la rota- tion des roues avant 6 et 6 lorsque le véhicule accé- lère, et vers l'intérieur, dans le même sens que les roues avant 6 et- 6, lorsqu'il décélère. De ce fait, le rayon de courbure de la trajectoire que doit suivre le véhicule ne peut varier sous l'effet d'une accélération ou d'une décélération du véhicule, ce qui conduit à une diminution des variations des caractéristiques de virage du véhicule, qui, dans le cas contraire, seraient très différentes de celles que possèdent le véhicule lorsqu'il se déplace à vitesse constante. Le système de direction présente / 2495088 il en outre l'avantage que lorsque les roues arrière 7 et 7 sont dirigées radialement vers l'intérieur, le véhi- cule a moins tendance à amorcer une tête-à-queue en cas de freinage brusque. Lorsque le véhicule se déplace à vitesse constante, l'angle de braquage des roues arrière peut être sélectionné de telle manière qu'il soit égal à Or = kSf pour permettre de con- férer au véhicule une accélération latérale nécessaire à l'obtention d'un mouvement de virage. Lorsque le véhi- cule est soumis à une accélération ou à une décéléra- tion, la constante de proportionalité k peut être transformée par le calculateur 22 en une fonction de l'accélération ou de la décélération. Le système de direction représenté sur la figure 5 peut comporter un capteur 10 (tel que repré- senté dans les figures 1 et 2) destiné à détecter l'ac- célération latérale engendrée sur le véhicule lorsque celui-ci effectue un virage, et/ou la vitesse du véhi- cule. Un signal est envoyé par le capteur 10 au calcu- lateur 22 pour diriger en outre les roues arrière 7 en réponse à l'accélération latérale et/ou à la vitesse du véhicule pour tenir compte avec une plus grande préci- sion des conditions dans lesquelles le véhicule effectue son virage. Dans la figure 6, un détecteur d'accélération et de décélération est constitué par un capteur d'accé- lération 21-1 fixé à une pédale d'accélérateur ou à d'autres éléments reliés à celle-ci et par un capteur de décélération 22-2 fixé à une pédale de frein 25 ou à d'autres éléments reliés à celle-ci, le véhicule étant accéléré par actionnement de la pédale d'accélé- rateur 24 et décéléré par actionnement de la pédale de frein 25. Selon les modes de réalisation représentés dans les figures 5 et 6, les roues arrière sont en outre dirigées en réponse à-l'accélération ou à la décéléra- tion du véhicule alors que celui-ci effectue un virage, réduisant ainsi les mouvements intempestifs des sus- pensions et par conséquent les variations des carac- téristiques de virage résultant de variations des carac- tér.istiques de sur- et de sous-virage et de dévers au niveau des roues avant et arrière. Les conducteur peut donc manier le véhicule de façon à ce qu'il suive une trajectoire ayant le rayon de courbure souhaité. Des essais ont été effectués sur des véhicules équipés des systèmes de direction de la présente inven- tion. Les résultats de ces essais sont décrits ci-après en référence aux figures 7 et 8. La figure 7 représente un graphique sur lequel on a porté en abscisses les rapports 'y des angles de braquage des roues-avant aux roues arrière, et en ordon- nées, l'intervalle de temps T (s) nécessaire pour que le véhicule change de file, les files étant espacées de 3 mètres, et reprenne une trajectoire rectiligne. Le rapport des angles de braquage y est nul lorsque les roues arrière ne sont pas braquées, positif lorsque les roues avant et arrière sont braquées dans le même sens et négatif lorqu'elles sont braquées en sens opposé. La courbe A a été obtenue sur un véhicule con- duit par un conducteur ayant peu d'expérience, la courbe B, par un conducteur ayant une technique de conduite moyenne, et la courbe C, par un conducteur ayant une grande expérience de la conduite. L'essai a été effectué à une vitesse de 80 km/h. Dans une certaine zone ou le rapport des angles de braquage est positif, les courbes A, B et C montrent toutes que l'intervalle de temps T est infé- rieur à celui d'un véhicule de l'art antérieur, c'est- à-dire à l'intervalle de temps nécessaire lorsque y = 0, et par conséquent, que le véhicule peut être dirigé avec aisance quelles que soient les conditions de conduite. L'intervalle de temps T atteint une valeur minimale lorsque y vaut environ 0,37 et augmente lorsque y dépasse 0,37. En ce qui concerne la courbe B repré- sentative des caractéristiques de conduite d'un conduc- teur type, l'intervalle de temps T a la même valeur lorsque y est égal à environ 0,6 et lorsque y= 0. On remarque donc qu'il est préférable d'utiliser un rapport y des angles de braquage dans la gamme de O Les caractéristiques décrites ci-dessus com- mencent à apparaître lorsque le véhicule roule à une vitesse de 40 km/h et deviennent notables lorsque celui- ci roule à 80 km/h. Lorsque le véhicule roule à plus de km/h, la valeur de y, T ayant la même valeur que pour y = 0, tend à augmenter. Il est préférable de choisir y de façon à ce qu'il soit dans la gamme de O de la vitesse du véhicule. La Fig. 8 est un graphique représentant l'im- pression de braquage B ressentie par des conducteurs de diverses expériences A, B et C, pour diverses valeurs du rapport des angles de braquage y lorsqu'ils conduisent des véhicules à la vitesse de 80 km/h, l'impression de braquage la plus favorable correspondant au bas de l'axe des ordonnées, et la plus désagréable, à la partie supérieure de l'axe des ordonnées. L'impression de braquage varie d'une façon analogue aux variations de T représentées dans la Figure 7. La valeur de y à l'instant o F a la même valeur que lorsque Y = O, est d'environ 0,6. Les résultats des essais indiquent que le rapport y des angles de braquage doit de préférence être choisi dans la gamme de O Comme le montrent les Figures 7 et 8, il existe une gamme préférable de rapports d'angles de braquage entre les roues avant et arrière en fonction des vitesses des véhicules, cette gamme permettant de fournir avantageusement des véhicules réalisables dans la pratique avec directions avant et arrière. On peut faire tourner les roues arrière d'un angle y correspon- dant à l'action de direction effective du conducteur. 249508E REVENDICATIONS 1. Système de direction pour véhicules à moteur comportant des roues arrière directrices, carac- térisé en ce qu'il comprend un capteur (10) pour détec- ter au moins un mouvement de virage du véhicule et un dispositif de commande 11 répondant à un signal prove- nant de ce capteur (10) pour diriger les roues arrière (7, 7). 2. Système de direction selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le capteur (10) est un capteur détectant une accélération latérale ou une vitesse angulaire de lacet. 3. Système de direction selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le capteur est une combinaison d'un capteur mesurant l'angle de direc- tion etd'un capteur détectant une accélération latérale ou une vitesse angulaire du lacet. 4. Système de direction selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le capteur (10) est une combinaison d'un capteur (20), mesurant l'angle de direction et d'un capteur (21) d'accél&ration et décé- lération. 5. Système de direction selon la reven- dication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de vitesse du véhicule. 6. Système de direction selon la reven- dication 4ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur (10) d'accélération latérale ou de lacet. 7. Système de direction selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que ce capteur (21) d'accé- lération et décélération est une combinaison d'un cap- teur d'accélération et d'un capteur de décélération. 8. Système de direction selon l'une quel- conque des revendications là 4, caractérise en ce que ce dispositif de commande comprend un calculateur (22) pour le traitement des signaux provenant de ce capteur (10, 21) et un mécanisme (12) pouvant être commandé par ce calculateur. 9. Système de direction selon l'une quel- conque des revendications là 4, caractérisé en ce que le rapport y des angles de direction des roues arrière aux roues avant du véhicule à moteur est choisi dans la gamme de O une vitesse supérieure ou égale à 80 'km/h.