Brevet FR2514711A1 — publié le 19830422

La présente invention est relative aux disposi- tifs d'assistance de direction pour véhicule autombile et en particulier à ceux dans lesquels l'énergie motrice né- cessaire à l'assistance est fournie par un moteur électri- que. Dans le FR 2 442 476, on décrit un dispositif d'assistance de direction de ce type Dans ce cas, le mo- teur électrique est branché en série sur une source d'ali- mentation par l'intermédiaire d'un inverseur marche-arrêt autorisant les deux sens de marche du moteur et commandé par un capteur sensible au couple exercé sur le volant, ledit inverseur réagissant à une première valeur prédéter- minée-de ce couple, tandis que lorsque celui-ci atteint une seconde valeur prédéterminée supérieure à la première le moteur électrique est couplé à la colonne de direction pour fournir l'assistance. Lorsqu'avec un tel dispositif d'assistance de di- rection, le rayon de braquage minimal est atteint, la di- rection est en fin de course droite ou gauche. Si dans ce cas, le conducteur maintient l'effet exercé sur le volant, le moteur électrique est alimenté mais bloqué mécaniquement par l'intermédiaire de l'accou- plement, de sorte qu'il chauffe exagérément et peut être détruit en quelques secondes. Le risque est le même lorsqu'une roue, très pro- che d'un obstacle fixe et rigide, genre bordure de trot- toir, est appuyé contre cet obstacle et ne peut le franchir. Ce deuxième risque empêche d'envisager tout dis- positif simple tel qu'un interrupteur de fin de course. Or, on sait que lôrsqu'un moteur électrique de préférence dans ce genre de dispositifs d'assistance de direction, est bloqué, sa force contreélectromotrice de rotation s'annule de sorte que seules une ou deux pai- res de sections de son bobinage ( suivant la position d'arrêt) sont parcourues par le courant. Vu la très faible résistance de la ou des sec- tions de bobinage, une intensité très forte parcourt ces sections et les échauffe rapidement Par exemple, un mo- teur d'assistance consommant 20 à 30 A au maximum en fonc- tionnement normal voit l'intensité monter à près de 100 A au blocage, et la température du fil de bobinage s'éle- ver de 140 'C en 9 secondes par rapport à la température ambiante. En première analyse, les spécialistes de la technique des moteurs électriques auraient ainsi tendan- ce à brancher dans le circuit du moteur une sécurité ther- mique Si cette sécurité est un simple fusible, le dispo- sitif d'assistance devient inutilisable dès la première surcharge du moteur et il est évident que la nécessité de remplacer le fusible chaque fois qu'apparaît une surcharge, ne correspond pas aux exigences de l'utilisation par le grand public Une deuxième sécurité que l'on serait tenté de mettre en oeuvre consisterait à employer un contact thermique ouvrant le circuit du moteur par effet Joule du courant de surcharge Un tel contact thermique n'est également pas envisageable, car on sait qu'après s'être ouvert par échauffement, un tel contact doit se refroidir pour se refermer Or, avec les intensités du courant pou- vant circuler dans le moteur électrique du dispositif d'assistance de direction en cas de surcharge, il faudrait plusieurs minutes pour que le contact se rétablisse enco- re que cette période ne serait pas de même durée à chaque fonctionnement du contact du fait du refroidissement aléa- toire En d'autres termes, l'utilisateur serait privé de l'assistance de direction pendant une période relative- ment prolongée à chaque surcharge, ce qui n'est évidemment pas admissible. A cet inconvénient s'en ajouterait un autre qui consiste en ce que lorsque par suite d'une surcharge, le moteur électrique n'est plus alimenté, le volant subit une réaction en retour de la colonne de direction sollici- té surtout par les pneumatiques du véhicule Cette réac- 25147 I 11 tion peut être désagréable voir dangereuse. L'invention a donc pour but de fournir un dispo- sitif d'assistance de direction ne présentant aucun ris- que de détérioration du moteur électrique, étant prêt à fonctionner immédiatement après suppression de la sui-har- ge et ne provoquant sur le volant aucune réaction en re- tour dans ce cas. L'invention a-donc pour objet un dispositif d'assistance de direction comportant un accouplement méca- nique destiné à être interposé entre la colonne de direc- tion et le volant, un détecteur du couple exercé sur le volant, un moteur électrique d'assistance qui peut être branché en série sur une source d'alimentation par l'in- termédiaire d'un inverseur marche-arrét autorisant sélec- tivement les deux sens de marche du moteur, ledit inver- seur étant commandé par ledit détecteur lorsque ledit cou- ple dépasse une première valeur prédéterminée et ledit accouplement provoquant le couplage du moteur à la colon- ne de direction lorsque ledit couple excède une seconde valeur prédéterminée, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe commandé d'interrup- tion de courant qui est monté en parallèle sur une résistance dans le circuit dudit moteur, aui est connecté pour présenter un retard à l'ouverture et une fermeture inédiate et qui est commandé par un détecteur du courant circulant dans le circuit du moteur. Du fait des propriétés particulières de l'organe de commande d'interruption de courant, aucun retard ne peut intervenir après suppression d'une surcharge sur le moteur, tandis que par ailleurs, toute réduction intem- pestive du couple du moteur au démarrage est évitée par le retard apporté à l'ouverture de l'organe interrupteur, ce retard étant calculé de manière à dépasser la durée du courant transitoire lors de la mise sous tension du mo- teur Enfin, la résistance électrique en parallèle sur l'organe interrupteur évite que le moteur ne soit privé totalement de son alimentation après une surcharge et peut fournir ainsi un couple compensateur de la réaction sur le volant, couple dont la valeur est choisie nettement inférieure à la valeur nominale. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit organe interrupteur commandé est le contact de re- pos d'un relais dont la bobine est alimentée par un cir- cuit électronique à retard déclenché par ledit détecteur de courant 1 Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit détecteur de courant comprend un enroulement de quelques spires parcouru par le courant du moteur et traversé par un circuit magnétique qui est associé à un capteur de Hall fournissant un signal représentant l'in- tensité du courant circulant dans le moteur. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'éxé- cution,sur lesquels: la Fig 1 représente un schéma de la partie électrique d'un dispositif d'assistance de direction pour véhicule automobile suivant l'invention; la Fig 2 est une vue en perspective d'un dé- tecteur d'intensité de courant utilisé dans le disposi- tif représenté sur la Fig l. Les figures ne représentent que les parties es- sentielles pour la compréhension de l'invention et on a notamment omis de représenter la partie mécanique du dispositif d'assistance de direction, mais on peut se reporter au FR 2 442 476 pour une description complète d'un exemple de réalisation d'un mécanisme utilisable avec les caractéristiques de l'invention. La Fig 1 représente donc un mode de réalisation préféré de l'invention et on voit que le dispositif d'as- sistance comporte un moteur M pouvant être embrayé sur la colonne de direction ( non représentée)par un mécanis- me réagissant en fonction du couple qui est appliqué au volant (également non représenté) à partir d'une certaine valeur de ce couple. Le moteur est connecté dans un circuit série raccordé entre la borne positive l de la batterie du véhicule et une ligne de masse 2 par l'intermédiaire de deux inverseurs 3 et 4 qui peuvent sélectivement appli- quer la tensiôn d'alimentation aux bornes du moteur M, l'inverseur 3 étant, par exemple, affecté à la marche du moteur lorsque le volant est tourné vers la droite et l'inverseur 4 correspondant au cas contraire Les inver- seurs 3 et 4 sont respectivement commandés par des bobi- nes de relais 5 et 6 pouvant être mis en circuit par un double interrupteur 7 qui est monté entre le volant générateur du couple manuel, c'est-à-dire la colonne de direction et la par- tie mécanique chargée d'ajouter un couple additif par le moteur il, et dont chacun des interrupteurs élémentaires 7 a et 7 b, affectés respectivement au sens droite-et gauche du volant sont fermés lors- que le couple exercé sur le volant dépasse une première valeur prédé- terminée Il est à noter que lorsque ce couple dépasse une seconde valeur prédéterminée supérieure à la pre- mière, le moteur est embrayée sur la colonne de direc- tion pour assurer l'assistance de direction, de telle sorte que dès que le volant est actionné, le moteur M est tout d'abord mis en marche avant qu'il puisse être embrayé sur la colonne de direction. Le circuit série du moteur M comprend en outre un enroulement 8 d'un détecteur de courant 9 (voir éga- lement la Fig 2) ainsi qu'un contact de repos 10 d'un relais de commande dont la bobine il sera décrite par la suite Le contact de repos 10 est raccordé en paral- lèle à une résistance chutrice 12 qui est donc mise dans le circuit du moteur lorsque le contact 10 est ou- vert. En se reportant maintenant à la Fig 2, on voit que le dé- tecteur 9 oemporte un circuit maanétique à réluctance réglable ayant un étrier 13 en un matériau magnétique dont l'une des ailes est tra- versée -ar une vis 14 également en un matériau mamnétique, la par- tie de cette vis pénétrant à l'intérieur de l'étrier 13 étant entouréepar un manchon 15 en un matériau isolant sur lequel est enroulé l'enroulement 8 du détecteur. La vis 14 constitue un noyau magnétique régla- ble qui peut être bloquée à l'aide d'un écrou 16 et qui est associée à un capteur de Hall 17 maintenu contre la face ntérieure de l'une des ailes de l'étrier 13 au moyen du manchon 15 qui à cet effet comporte à son extrémité li- bre un logement 18 de forme appropriée. On sait qu'un capteur de Hall est un élément sensible au champ magnétique capable de fournir sur sa sortie un signal pouvant prendre deux états l'un corres- pondant à la présence d'un champ magnétique dans son en- vironnement et l'autre à l'absence de champ magnétique. En se reportant de nouveau à la Fig 1, on voit que le capteur de Hall 17 présente une sortie 19 qui est raccordée à deux résistances en série 20 et 21 reliées par l'intermédiaire d'une diode 22 branchée dans le sens du blocage à une borne d'alimentation 23 qui est destinée à être raccordée à la borne positive de la clé de contact du véhicule Cette borne 23 alimente également les bobi- nes de relais 5 et 6 par l'intermédiaire de l'interrup- teur double 7. Le point de jonction des résistances 20 et 21 est relié à la base d'un transistor 24 dont l'émetteur est relié à la jonction entre la résistance 21 et la diode 22 et dont le collecteur est connecté à la ligne de masse 2 par l'intermédiaire d'une résistance 25 et d'un condensateur 26 La jonction entre ces deux derniers composants est branchée à l'anode d'une diode 27 dont la cathode est raccordée par une résistance 28 à la base d'un transistor 29 du type Darlington dont le circuit de sor- tie est connecté dans le circuit de la bobine 11 entre la borne 23 et la ligne de masse 2. Le circuit que l'on vient de décrire constitue un montage à retard qui associe au contact de repos 10 une fonction de retard à l'ouverture par l'intermédiaire de la bobine de relais 11, fonctionnement qui sera décrit plus en détail ci-après. Le point de jonction 30 entre l'enroulement 8 du détecteur de courant 9 et le contact de repos 10, est relié à trois circuits en parallèle dont le premier com- porte un condensateur 31 relié par ailleurs à la masse, dont le second est composé d'une résistance 32 et de quatre diodes en série 33 reliées par ailleurs à la ligne de masse 2 et dont le troisième comporte un condensateur 34 et une résistance 35 en série, cette dernière étant également connectée à la ligne de masse 2. Le point de jonction entre la résistance 32 et les diodes 33 est raccordé à une diode 36 dont la cathode est branchée sur le point de jonction entre la résistance 28 et une autre résistance 37 elle-même connectée au point de jonction entre le condensateur 34 et la résistance 35. Le fonctionnement du dispositif d'assistance de direction suivant l'invention est le suivant. Lorsque le détecteur de couple du mécanisme d'as- sistance de direction détecte, par suite d'une action sur le volant dans un sens ou dans l'autre, un couple dé- passant une valeur prédéterminée, l'interrupteur double 7 ferme l'un ou l'autre de ces contacts 7 a ou 7 b, ce qui excite l'une ou l'autre des bobines 5 et 6 et ferme le contact inverseur 3 ou 4 correspondant Le moteur M est donc mis en marche dans le sens approprié et lorsque le couple exer- cé sur le volant dépasse une valeur prédéterminée supérieu- re à la première valeur, le moteur est également embrayé sur la colonne de direction conformément au fonctionne- ment qui est décrit dans le brevet précité. Lorsque la direction du véhicule atteint le rayon de braquage minimal, elle peut se trouver sur les butées de fin de course droite ou gauche et le mo- teur M est alors bloqué tout en restant alimenté Sa tem- pérature augmente donc rapidement Il en est de même lors- qu'une roue du véhicule très proche d'un obstacle tel que le trottoir par exemple est appuyée contre cet obstacle et ne peut le franchir quel que soit le couple exercé sur le volant. Le circuit électrique représenté à la Fig 1 évi- te que dans ces deux cas, le moteur soit détruit par échauf- fement excessif. Lorsque le moteur M fonctionne normalement, le lo courant qui parcourt l'enroulement 8 reste inférieur à un seuil que l'on a réglé à la construction à l'aide de la vis 14 (Fig 2) En effet, cette vis 14 permet de canaliser le flux engendré par l'enroulement 8 lorsqu'il est parcou- ru par un courant et de concentrer ce flux sur le capteur de Hall, ce dernier étant d'autant plus influencé que l'en- trefer entre la pointe de la vis 14 et le capteur est plus petit. Dans ces conditions normales de fonctionnement, le contact 10 est fermé, la bobine il n'est pas excitée et le transistor 29 n'est pas conducteur étant donné que sa base se trouve à un potentiel qui est celui du point de jonction 30 qui est relié à la masse par le con- tact 10 Le transistor 29 est maintenu bloqué grâce au fait que dans ces conditions, le capteur de Hall 17 est à l'état haut, si bien qu'aucun courant ne circule dans les résistances 20 et 21, maintenant ainsi le transistor 24 bloqué et le condensateur 26 déchargé. Si maintenant le moteur se trouve bloqué par suite de l'une ou l'autre des causes énoncées ci- dessus, le courant qui circule dans ce moteur prend une intensité rapidement supérieure au seuil fixé dans le détecteur de courant 9, ce qui fait que la sortie du cap- teur de Hall 17 passe à l'état bas Il en résulte la cir- culation d'un courant à travers le diviseur de tension formé par les résistances 20 et 21, si bien que le tran- sistor 24 est rendu conducteur et le condensateur 26 peut alors se charger par l'intermédiaire de la résistance Lorsque le potentiel sur la base du transistor 29 est suffisant par stite de la charge de ce condensateur, ce transistor devient conducteur et excite la bobine 11, ce qui ouvre le contact 10 On s'aperçoit donc que ce contact ne s'ouvre qu'à partir de l'écoulement d'un cer- tain délai qui est fixé par le circuit RC formé par la résistance 25-et le condensateur 26 Le retard apporté ainsi à l'ouverture du contact de repos 10 est dans tous les cas choisi supérieur à la durée des phénomènes tran- sitoires survenant dans le moteur lorsque celui-ci est mis en marche. Le contact 10 étant ainsi ouvert, la résistance chutrice 12 est branchée dans le circuit du moteur de sorte que l'intensité du courant qui le parcourt diminue jusqu'à une valeur acceptable qui, pour fixer les idées, peut être de 13 A par exemple, alors que le courant no- minal du moteur même peut être choisi à 10 A Le point de jonction 30 prend donc un potentiel qui dépend de la valeur-de la résistance 12 et, naturellement, de la ten- sion d'alimentation de la borne 1. Il en résulte la charge du condensateur 34 par l'intermédiaire de la résistance 35 jusqu'à ce que le potentiel du point de jonction 30 soit atteint A cet instant, le potentiel à la base du transistor 29 est fixé par la diode 36 à une valeur qui est quatre fois supérieure à la tension directe de l'une des diodes 33 qui comme on peut le voir sont toutes montées en série. Il en résulte que le transistor 29 reste conducteur, car sa base est polarisée plus positivement que son émet- teur, par l'intermédiaire de la diode 36, bien que la sortie 19 du capteur de Hall 17 soit repassée à l'état haut (l'intensité du courant dans le moteur a diminué provoquant le blocage du transistor 24). Si pour une raison quelconque, le courant dans le circuit du moteur M et de la résistance 12 vient à 251471 11 diminuer, le condensateur 31 transforme cette baisse de courant en baisse de potentiel à la base du transistor 29 par l'intermédiaire des résistances 37 et 28, ce qui envoie sur cette base une impulsion négative qui provoque le blocage du transistor La bobine 11 n'est alors plus excitée et le contact 10 se referme immédiatement, de sorte que le moteur est à nouveau alimenté à pleine puis- sance. Bien entendu, si le courant dans le moteur M est annulé brutalement, par arrêt de l'action sur le volant (interrupteurs 7 a ou 7 b ouverts), le transistor 29 est bloqué instantanément, l'ensemble du circuit se trouvant alors à l'état de veille correspondant à la marche normale du moteur M. La diode 22 a été prévue pour éviter la destruc- tion du circuit en cas d'une erreur de branchement sur la batterie du véhicule Les diodes 27 et 36 ont un rôle de blocage évitant que le courant ne puisse passer de la base du transistor 29 vers le point de jonction 30. Enfin, une diode 38 est montée en parallèle sur la bobine 11 du relais commandant le contact 10, tandis qu'un Varistor 39 (résistance à l'oxyde de zinc dont la valeur dépend de la tension à ses bornes) est branché en- tre la borne 23 et la masse Ces deux composants sont des- tinés à protéger le circuit contre les transitoires. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'assistance de direction compor- tant un accouplement mécanique destiné à être interposé entre la colonne de direction et le volant, un détecteur du couple exercé sur le volant, et un moteur électrique d'as- sistance (M) qui peut être branché en série sur une source d'alimentation par l'intermédiaire d'un inverseur marche- arrêt ( 3,4,7) autorisant sélectivement les deux sens de marche du moteur, ledit inverseur étant commandé par ledit détecteur lorsque ledit couple dépasse une première valeur prédéterminée et ledit accouplement provoquant le couplage du moteur (M) à la colonne de direction lorsque ledit cou- ple excède une seconde valeur prédéterminée, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe commandé d'interruption de courant ( 10) qui est monté en parallèle sur une résistance ( 12) dans le circuit dudit mo- teur (M), qui est connecté pour présenter un retard à l'ou- verture et une fermeture immédiate et qui est commandé par un détecteur ( 9) du courant circulant dans le circuit-du moteur (M). 2 Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit organe interrupteur commandé-( 10) est le contact de repos d'un relais dont la bobine ( 11) est alimentée par un circuit électronique à retard ( 24,25,26,29) déclenché par ledit détecteur de courant ( 9 >. 3 Dispositif suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que ledit détecteur de courant ( 9) comprend un enroulement ( 8) de quelques spires parcouru par le cou- rant du moteur (M) et traversé par un circuit magnétique ( 14) de préférence à réluctance réglable qui est associé à un capteur de Hall ( 17) fournissant un signal représentant l'intensité du courant circulant dans le moteur (M). 4 Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit circuit électronique à re- tard comporte un premier transistor ( 24) dont la base est raccordé à la sortie du canteur de Hall et dont le circuit collecteur-émetteur alimente un circuit RC ( 25,26) desti- né à déclencher un second transistor ( 29) alimentant la bobine ( 11) de relais commandant l'organe interrupteur ( 10). 5 Dispositif suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que la base du second transistor ( 29) est raccordée à un circuit de détection ( 30,32,33) du poten- tiel établi aux bornes de ladite résistance ( 12). 6 Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que ledit circuit de détection ( 30,32, 33) de la tension établie aux bornes de ladite résistan- ce ( 12) est connecté à un circuit RC ( 34,35) provoquant le blocage du second transistor ( 29) dès apparition d'une baisse d'intensité dans ladite résistance ( 12).