Brevet FR2579551A1 — publié le 19861003

DISPOSITIF DE DIRECTION DES ROUES AVANT ET ARRIERE POUR VEHICULE La présente invention concerne un disposi- tif de direction des roues avant et arrière destiné à ajuster de façon variable l'angle de braquage des roues arrière par rapport à l'angle de braquage des roues avant. La présente demanderesse a antérieurement proposé un dispositif de direction pour véhicule qui dirige Les roues arrière en fonction du braquage des roues avant dans les demandes de brevet français n 86 00 943, 86 00 945, 86 00 940, 86 00 944, 86 00 941, 86 00 942 déposées le 23 janvier 1986 au nom de la pré- sente demanderesse. Au moyen de ces dispositifs, les roues arrière sont généralement braquées avec la même relation de phase ou sans aucune relation de phase dans une gamme de vitesses élevées et sont braquées avec une relation de phase opposée dans une gamme de faibles vitesses. Si on le souhaite, la fonction mathématique de la vitesse du véhicule régissant l'angle de braquage des roues arrière peut être modifiée en fonction de la vitesse du véhicule ou manuellement, ou peut même être fixée manuellement. Il en résulte que l'angle minimum de braquage et que la différence des rayons de braquage intérieurs du véhicule sont sensiblement réduits et que la manoeu- vrabilité du véhicule, en particulier dans la gamme des faibles vitesses, lorsqu'on introduit le véhicule dans un garage, lorsque l'on conduit le véhicule sur des allées étroites et sinueuses et lorsqu'on effectue des demi-tours, est notablement améliorée avec l'avantage supplémentaire d'une amélioration de la réponse laté- rale dynamique du véhicule dans la gamme des vitesses élevées, par exemple lorsqu'on change de file. D'une manière générale, comme ta maniabilité d'un véhicule dépend de la charge verticale agissant entre les pneus et la surface de la route, du coeffi- cient de frottement de la surface de la route, de la pression pneumatique des pneus, du type de pneus, etc., et comme la relation de l'angle de braquage et/ou de la vitesse du véhicule avec la vitesse de lacet n'est géné- ralement pas linéaire, il est extrêmement difficile d'évaluer la maniabilité d'un véhicule lors de sa con- ception. Par ailleurs, si les roues arrière sont braquées en plus des roues avant, une variable à ajuster est ajou- tée au système et il peut être possible de mieux évaluer ou commander la maniabilité du véhicule par modification du rapport des angles de braquage des roues arrière par rapport aux roues avant. Sur la base de cette observa- tion faite par la présente demanderesse, l'un des prin- cipaux buts de la présente invention est de fournir un dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, qui peut améliorer la maniabilité du véhicule par ajustement approprié du rapport des angles de bra- quage des roues arrière par rapport aux roues avant. Sur la base de cette observation, l'un des buts principaux de la présente invention est de fournir un dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, qui permet d'améliorer les possibilités de contrôle d'un véhicule. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif pour ajuster la maniabilité d'un véhicule de telle manière que le conducteur ait l'impression d'une maniabilité pratiquement uniforme du véhicule, quelle que soit la condition de déplace- ment du véhicule. Conformément à la présente invention, ces buts sont atteints par un dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, destiné à l'ajus- tement de façon variable du rapport des angles de braquage des roues arrière par rapport à l'angle de braquage des roues avant selon la vitesse du véhicule, compre- nant: un moyen capteur pour détecter les variations de L'état-de déplacement d'un véhicule; et un moyen pour faire varier le rapport des angles de braquage des roues arrière par rappport aux roues avant en fonction de la sortie du moyen capteur. Par conséquent, en détectant l'état de dépla- cement tu véhicule et en faisant varier de façon corres- pondante la propriété de la fonction du rapport des angles de braquage afin de produire une maniabilité souhaitée, le conducteur peut obtenir une maniabilité uniforme quelle que soit la condition de conduite du véhicule et, par une prévision précise du comportement du véhicule, la conduite du véhicule peut être rendue moins fatigante et plus confortable. Les états de déplacement du véhicule peuvent inclure la charge statique ou dynamique agissant entre les roues et la surface de la route, le coefficient de frottement entre les pneus et la surface de la-route, et l'accélération du véhicule, entre autres facteurs. Selon un certain aspect de la présente inven- tion, on fait varier le rapport des angles de braquage des roues arrière par rapport aux roues avant de façon à obtenir une réponse de conduite pratiquement constante. La réponse de conduite peut être évaluée en termes de vitesse de lacet ou d'accélération latérale, pour un certain degré de braquage. En conséquence, le conducteur peut toujours s'attendre à avoir une réponse de conduite pratiquement identique pour un certain degré de braquage à une cer- taine vitesse du véhicule, quel que soit l'état de dépla- cement du véhicule, et la maniabilité du véhicule peut être améliorée. On décrira ci-après des modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective représentant la structure de base générale d'un véhi- cule muni d'un dispositif de direction des roues avant et arrière auquel la présente invention s'applique; - La figure 2 est un schéma fonctionnel de l'ordinateur monté dans le véhicule; - la figure 3 est un graphique représentant la propriété du rapport des angles de braquage du mode de réalisation mentionné ci-dessus; et - La figure 4 est un schéma fonctionnel de l'ordinateur monté dans le véhicule, selon le second mode de réalisation de la présente invention. La figure I représente un mode de réalisation de la structure du dispositif de direction des roues avant et arrière auquel la présente invention s'applique. Une colonne de direction 2 d'un volant de direction 1 est reliée à un boîtier d'engrenages du type à crémaillère et pignon 3, et une paire de barres d'accouplement 5 est reliée aux deux extrémités d'un arbre de cré- maillère 4. Aux extrémités externes des barres d'ac- couplement 5 est reliée une paire de bras de fusée 6 qui supporte des roues avant 7, respectivement, de telle manière que les roues avant 7 puissent être bra- quées dans la direction déterminée par le volant de direction 1, de manière connue. En ce qui concerne les roues arrière, un train d'engrenages du type à crémaillère et pignon 8 est disposé latéralement de la même manière que pour les roues avant, et des barres d'accouplement 10 sont reliées aux deux extrémités de l'arbre de crémaillère 9 du train d'engrenages 8. De plus, les extrémités externes des barres d'accouplement 10 sont reliées à des bras de fusée 11 qui, à leur tour, supportent les roues arrière 12. L'arbre de pignon du train d'engrenages 8 est relié à un arbre de sortie d'un moteur 13. Par conséquent, les roues arrière 12 sont braquées par l'assistance fournie par le moteur 13. Une paire de capteurs de déplacement 14 et , qui sont par exemple constitués de potentiomètres ou de transformateurs différentiels, est disposée entre les trains d'engrenages 3 et 8, les arbres de cré- maillère 4 et 9 des roues avant et arrière, respecti- vement, de façon à ce que les déplacements des arbres de crémaillère 4 et 9 puissent être détectés en tant que quantités représentatives des angles de braquage effectifs. Les sorties de ces capteurs de déplacement 14 et 15 sont reliées à un dispositif de commande 16. En outre, la sortie d'un capteur de vitesse du véhicule 17, par exemple prévu sur les roues non motrices, et la sortie d'un capteur d'état de déplacement 18 qui peut être constitué par un capteur de charge permet- tant la détection de la charge appliquée aux roues avant, sont également connectées au dispositif de commande 16. Lorsqu'un capteur de charge doit être uti- lisé comme capteur d'état de déplacement 18, la charge peut être obtenue en tant que charge statique qui peut être déterminée soit par calcul de la moyenne de la déformation des ressorts de suspension des roues arrière, soit par combinaison de l'accélération verti- cale de la partie arrière du véhicule, de la vitesse verticale de la partie arrière du véhicule obtenue par intégration de l'accélération, et de la déformation des ressorts de suspension des roues arrière. Le dispositif de commande 16 est équipé de façon interne d'un ordinateur 19 (figure 2) qui commande la rotation du moteur en lui fournissant un signal d'ac- tionnement correspondant à la vitesse du véhicule sur la base des signaux fournis par les capteurs d'angle de braquage 14 et 15 destinés à la détection des angles de braquage des roues avant et arrière, et par le cap- teur de vitesse du véhicule 17 destiné à la détection de la vitesse du véhicule, par l'intermédiaire d'un dispositif de sortie 20. On décrira ci-après le fonctionnement du mode de réalisation décrit cidessus en se référant aux figures 2 et 3. La figure 2 représente la structure fonc- tionnelle de l'ordinateur 19. L'angle de braquage des roues avant détecté par le capteur de braquage 14 est fourni à l'ordinateur 19 sous la forme d'un signal d'angle de braquage des roues avant x et le signal de vitesse du véhicule détecté par le capteur de vitesse du véhicule 17 est également fourni à l'ordinateur 19 sous la forme d'un signal u représentatif d'une certaine vitesse du véhicule. Comme la puissance de braquage des roues arrière dépend généralement de la charge appliquée aux roues arrière, pour une même vitesse du véhicule et de mêmes angles de braquage des roues avant et arrière, la vitesse de lacet du véhicule n'est pas nécessaire- ment identique. Par conséquent, le conducteur doit ajuster l'angle de braquage de façon correspondante, mais cela lui impose une certaine contrainte. Par con- séquent, conformément au présent mode de réalisation, la fonction mathématique qui détermine le rapport des angles de braquage des roues arrière est amenée à varier en fonction de la variation de la charge des roues arrière. A cet effet, le signal d'état de déplacement z provenant du capteur d'état de déplacement 18 est fourni à l'ordinateur 19. Dans un processus de conversion (a), l'une d'une pluralité de fonctions mathématiques f = f1l f2, 30... stockées dans la mémoire (b) est sélectionnée en fonction du signal d'état de déplacement z, et la valeur recherchée yO de l'angle de braquage des roues arrière est fournie en fonction de l'angle de braquage effectif x obtenu au moyen du capteur d'angles de bra- quage 14 des roues avant, de la manière suivante: YO = xf(u) Cette opération peut être commodément mise en oeuvre par un processus de mise en correspondance selon Lequel la valeur de la fonction f(u) est déter- minée à partir d'une matrice de diverses valeurs de u et de z. Parallèlement, le résultat de détection du capteur d'angle de braquage 15 des roues arrière est fourni en entrée au processus de comparaison (c) effec- tué dans l'ordinateur 19 en tant que donnée d'angle de braquage effectif des roues arrière Ym. Sur la base de la donnée d'angle de braquage effectif des roues arrière Ym et de la valeur recherchée yO de l'angle de braquage des roues arrière, une différence rela- tive delta Y = Ym - Y0 est obtenue dans le processus de comparaison (c). Cette différence delta y est four- nie en entrée par l'ordinateur 19 au dispositif de com- mande de sortie 20 en tant que donnée correspondant à la correction de l'angle de braquage qui est nécessaire pour obtenir l'angle de braquage approprié des roues arrière. L'extrémité de sortie de ce dispositif de com- mande de sortie 20 est reliée au moteur 13 et lui four- nit un signal de commande s correspondant à la diffé- rence delta Y. De plus, le moteur 13 est entraîné dans la direction qui conduit à un angle de braquage des roues arrière correspondant à la vitesse instantanée et à l'état de déplacement du véhicule. Par conséquent, si la fonction mathématique f représentant le rapport des angles de braquage des roues arrière est telle que celle indiquée par la courbe P de la figure 3, au fur et à mesure que la charge appli- quée aux roues arrière augmente, le pouvoir de braquage des roues arrière augmente et la vitesse de lacet aug- mente de façon correspondante. De ce fait, conformément au mode de réalisation, si la charge appliquée aux roues arrière augmente, la fonction mathématique représentant le rapport des angles de braquage des roues arrière est modifiée, par exempLe de la façon indiquée par une courbe Q, représentée dans La figure 3, en fonction de la sortie du capteur d'état de déplacement 18, et la valeur absolue du rapport des angles de braquage des roues arrière est réduite. Il en résulte que le conducteur peut toujours obtenir une vitesse de lacet qui correspond au degré de braquage et la contrainte qui lui est appliquée par le fait qu'il ne lui est plus nécessaire d'ajuster le degré de braquage en fonction des variations de l'état de déplacement du véhicule. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, un capteur destiné à la détection de la charge appli- quée aux roues arrière a été utilisé en tant que capteur d'état de déplacement 18, mais il est également possible, en variante ou de façon supplémentaire, de détecter le coefficient de frottement de la surface de la route et de faire varier la fonction mathématique du rapport des angles de braquage des roues arrière en fonction du coef- ficient de frottement détecté. Pour détecter le coeffi- cient de frottement de la surface de la route, on peut utiliser divers procédés; on peut par exemple trouver le coefficient de frottement en traînant réellement un objet et en mesurant sa force de frottement, en analysant fréquentiellement le son émis par les pneus ou en proje- tant de la lumière sur la surface de la route et en éva- luant le coefficient de réflexion de la lumière par la surface de la route. En général, la vitesse de lacet ou l'accé- lération latérale du véhicule pour un certain degré de braquage est sélectionnée en tant que but pour l'éva- luation de la maniabilité d'un véhicule. Par conséquent, par détection de la vitesse de lacet, etc., et ajuste- ment du rapport des angles de braquage des roues arrière en fonction des résultats de cette détection, il devient possible de commander de façon encore plus précise la maniabilité du véhicule. La figure 4 est un schéma fonctionnel d'un autre mode de réalisation du dispo- sitif de commande du système de direction des roues avant et arrière, fondé sur cette analyse. Les sorties x, Ym, u et z du capteur 14 d'angle de braquage des roues avant, du capteur 14 d'angle de braquage des roues arrière, du capteur 17 de vitesse du véhicule et du capteur 18 d'état de déplacement sont fournies en entrée à un processus de calcul (a). La mémoire (b) contenue dans un ordinateur 19 stocke une fonction mathématique w0 = F(x, Ym, u, z) qui fournit un taux de lacet cible w0 du véhicule pour chaque combi- naison du signat d'angles de braquage des roues avant x, du signal de vitesse du véhicule u, du signal d'état de déplacement z et de l'angle de braquage des roues arrière cible yO' L'angle de braquage cible yO des roues arrière est déterminé de façon unique par le signal d'angles de braquage des roues avant x, le signal de vitesse du véhicule u et le signal d'état de déplacement z, mais il est souhaitable de vérifier si l'erreur de commande se situe à l'intérieur d'une certaine plage par comparaison de l'angle de braquage cible y0 des roues arrière avec la sortie Ym provenant du capteur d'angles de braquage des roues arrière 15, à tout instant, pour assurer la stabilité du processus de commande. Dans le processus de calcul (a), le taux de lacet w0 devant être pris en considération en tant que valeur cible, est calculé en fonction des résultats de détection provenant des divers capteurs, et l'accrois- sement du taux de lacet delta w = wm - w0 pour un cer- tain accroissement de l'angle de braquage des roues arrière delta y = Ym - yo, ou le coefficient de sensi- bilité: FA a y=yO du taux de lacet par rapport aux variations de l'angle de braquage des roues arrière, est calculé selon un certain cycle, et l'inverse du coefficient de sensibi- lité (;F DY) Y=yo ainsi que le taux de lacet cible w0 sont obtenus. Dans le cas présent, wm désigne la vitesse de lacet effective obtenue à partir du capteur de vitesse de lacet 21. En tant que capteur de vitesse de Lacet 21, on peut par exemple utiliser un gyroscope placé au centre du véhi- cule. La vitesse de lacet cible w0 est convertie en l'accroissement delta w par un processus de division (c) sous la forme d'un rapport entre la vitesse de lacet cible w0 calculée dans le processus de calcul (a) et la vitesse de lacet effectivement mesurée w. En outre, m dans un processus de multiplication (d), l'accroissement delta w est multiplié afin d'inverser le coefficient de sensibilité et d'obtenir: àY ( 1) DY)=y0 A et la correction delta y y - YO nécessaire pour faire tendre la vitesse de lacet mesurée w vers la vitesse de lacet cible wO. Le dispositif de sortie 20 fournit un signal. d'actionnement s au moteur 13 pour diriger les roues arrière 12 d'un angle delta Y. Dans ce mode de réalisation, il est également possible d'utiliser l'accélération latérale au lieu de la vitesse de lacet, en tant que paramètre permettant d'évaluer la maniabilité du véhicule. En outre, les variables représentant l'état de déplacement du véhicule peuvent inclure la charge dynamique appliquée aux roues arrière, le coefficient de frottement de la surface de la route, l'accélération du véhicule, mais le nombre de 1 1 ces variables doit être réduit de manière à assurer une bonne stabilité du processus de commande. Dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, il pourrait arriver que la stabilité du pro- cessus de commande soit dégradée si la variation de l'état de déplacement du véhicule est trop soudaine. Comme une telle éventualité signifierait que les con- ditions de conduite sont trop sévères, il est préfé- rable de fixer la fonction du rapport d'angles de braquage à une valeur stable et de fournir un signal d'alarme au même instant -afin d'avertir le conducteur pour qu'il ralentisse. Dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, les divers processus mis en oeuvre dans l'or- dinateur 19 sont exécutés par un certain programme (logiciel) stocké par exemple dans une zone de stockage de l'ordinateur 19, mais il est possible d'utiliser des circuits électriques ayant une fonction analogue pour mettre en oeuvre les mêmes processus. En outre, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais peut également s'appliquer à d'autres dispositifs de direction des roues avant et arrière dans lesquels les roues arrière sont commandées hydrauliquement, dans lesquels l'information d'angles de braquage est transmise par une pression hydraulique ou dans lesquels une structure mécanique permettant la variation du rap- port d'angle de braquage est prévue sur les roues arrière afin que les roues arrière puissent être bra- quées par la force de rotation qui est transmise méca- niquement en provenance des roues avant. Par conséquent, conformément à la présente invention, comme l'angle de braquage des roues arrière est commandé en fonction de l'état de déplacement du véhicule, un maniabilité constante peut être obtenue quel que soit l'état de déplacement du véhicule. De ce fait, il est possible d'obtenir une maniabilité favorable et sûre qui n'est pas affectée par l'état de déplacement du véhicule tout en conservant les avantages d'un dispositif de direction des roues avant et arrière. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, destiné à l'ajustement de façon variable du rapport des angles de braquage des roues arrière (12) par rapport à l'angle de braquage des roues avant (7) selon la vitesse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen capteur (18) pour la détection des variations de l'état de déplacement d'un véhicule; et - un moyen (16, 13) pour faire varier le rapport des angles de braquage des roues arrière par rapport aux roues avant en fonction de la sortie du moyen capteur. 2. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier le rapport des angles de braquage des roues arrière (12) par rapport aux roues avant (7) afin d'obtenir une réponse de con- duite pratiquement constante. 3. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'état de déplacement comprend toutes combinaisons de l'accélération du véhicule, du frottement entre les pneus et la surface de la route, de la charge agissant entre les roues avant (7) et la sur- face de la route, et de la charge agissant entre les roues arrière (12) et la surface de la route. 4. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la réponse de conduite est évaluée en termes de vitesse de lacet du véhicule pour un certain degré de braquage. 5. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la réponse de conduite est évaluée en termes d'accélération latérale du véhicule pour un certain degré de braquage. 6. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen avertisseur pour fournir un signal d'alarme lorsque la sévérité des conditions de conduite du véhicule a dépassé une certaine limite. 7. Dispositif de direction des roues avant et arrière pour véhicule selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour interrompre l'action du moyen (13, 16) faisant varier le rapport des angles de braquage et au contraire sélectionner un rapport d'angle de braquage donnant lieu à une réponse stable du véhicule lorsque la sévé- rité des conditions de conduite a dépassé une certaine limite.