Brevet FR2579547A1 — publié le 19861003

La présente invention concerne une servodirection électrique du type dans lequel un moteur électrique produit une force d'assistance pour tourner l'arbre de direction d'un véhicule automobile. Dans les servodirections, le rapport de la force totale de direction à la force manuelle ou effort appliqué au Volant de direction (appelé aussi "gain d'asservissement" dans ce qui va suivre) est généralement modifié en fonction de différents facteurs, tels que la vitesse du véhicule, l'angle de braquage, la vitesse angulaire de braquage, l'état de la route ou d'autres facteurs encore, dans le but d'améliorer la sensibilité au volant et la facilité de manoeuvre. La force totale de direction nécessaire pour commander le mécanisme de direction du véhicule varie lorsque des variations se produisent dans l'effort résistant de la direction ou résistance opposée à l'arbre de direction par la surface de la route, variations qui se produisent notamment à cause de la dépen- dance de la force de rappel des roues directrices de l'angle de braquage, comme représenté sur les figures 7(a) et 7(b). Cette dépendance varie avec la vitesse de marche du véhicule, l'adhérence entre les pneumatiques et la surface de la route, la vitesse angulaire de braquage, le sens dans lequel varie la valeur absolue de l'angle de braquage (augmentation du braquage ou retour vers la position d'alignement) et ainsi de suite. La direction est facile si l'effort à appliquer au volant devient plus faible à mesure que la vitesse du véhicule diminue et si cet effort n'augmente pas avec l'agrandissement de l'angle de braquage. Cependant, la stabilité aux grandes allures est améliorée si l'effort à appliquer au volant est fortement accru à ces allures ou s'il est augmenté à mesure que l'angle de braquage est plus grand. Les servodirections connues sont généralement du type hydraulique ou du type électrique. Qu'elle soit de l'un ou de l'autre type, une servodirection agit en fonction de la vitesse du véhicule et une courbe caractéristique de gain - convenant au type de la servodirection - est utilisée pour varier l'assistance conformément à un paramètre de la vitesse de marche du véhicule. Les servodirections hydrauliques présentent une relation comme celle représentée sur La figure 6(b) entre l'effort résistant (qui est proportionnel à La force totale d'assistance dans une situation o la vitesse angulaire de braquage est constante) et l'effort de braquage. Plus spécialement, lorsque l'effort de braquage appliqué au volant dépasse une valeur prédéterminée, la force d'assistance augmente brusquement. Cette particularité est avantageuse pour la marche à basse vitesse parce qu'elle procure non seulement une stabilité convenable du volant à la position neutre ou position d'alignement droit, mais également une forte assistance pour un faible couple appliqué manuellement. Cependant, lorsque le gain de la caractéristique représentéesur la figure 6(b) est diminué, pour la marche à grande vitesse, L'effort de braquage nécessaire n'augmente pas avec le même taux que l'effort résistant. Donc, bien que l'augmentation de l'angle de braquage et l'augmen- tation de la vitesse angulaire de braquage entraînent l'accrois- sement de l'effort résistant, l'effort à appliquer au volant ne croit pas proportionnellement. Cette propriété confère au con- ducteur du véhicule un sentiment de douceur à peu près constante de la direction, sans apporter une meilleure maîtrise aux vives allures. Dans les servodirections électriques connues, l'effort à appliquer au volant est régLé de manière qu'il augmente linéairement avec t'augmentation de l'effort résistant, comme le montre la figure 6(a), et le gain ou gradient de la variation de la force d'assistance par rapport à l'effort à appliquer au volant est changé en fonction de la vitesse du véhicule. Par conséquent, la caractéristique ainsi obtenue de l'effort à appliquer au volant est analogue à la caractéristique selon laquelle l'effort résistant croit avec des augmentations de l'angle de braquage et de la vitesse angulaire de braquage. De ce fait, le volant devient plus dur à tourner à mesure que l'angle et la vitesse angulaire de braquage augmentent, ce qui procure la stabilité requise pour La conduite à vive allure. Toutefois, les caractéristiques de variation de l'effort à appliquer au volant sont telles que le volant devient trop dur à tourner dans certaines situations, notamment s'il s'agit de produire un grand braquage avec le véhicule à l'arrêt. L'invention vise donc en premier lieu à procurer une servodirection électrique perfectionnée, qui procure une grande douceur de direction aux basses vitesses, même pour des angles de braquage importants, et qui rende également la caractéristique de l'effort à appliquer au volant proportionnelle -à la caractéris- tique définissant la relation entre l'effort résistant et l'angle de braquage pendant la marche à vive allure, de manière à améliorer la stabilité. Succinctement, l'invention apporte une servodi- rection électrique qui comprend un capteur de couple pour détecter l'effort de braquage appliqué manuellement à l'arbre de direction d'un véhicule, un capteur de vitesse du véhicule, un moteur élec- trique destiné à produire une énergie ou force d'assistance pour tourner l'arbre de direction, ainsi qu'un régulateur de gain destiné à changer le rapport (le degré d'amplification) de la force d'assis- tance produite par le moteur électrique à l'effort de braquage ou effort appliqué au volant. Le régulateur de gain comporte un élément détecteur de plage de vitesse pour déterminer si la vitesse du véhicule détectée par le capteur de vitesse est comprise dans une plage de basse vitesse ou dans une plage de grande vitesse, un premier et un second organe de réglage et un dispositif de commande pour commander le moteur électrique en fonction de signaux de sortie délivrés par le premier et le second organe de réglage. S'il est déterminé que la vitesse du véhicule est comprise dans la plage de basse vitesse, le premier organe de réglage règle la force d'assistance conformément à une première caractéristique qui augmente de façon non linéaire la force d'assistance avec l'accroissement de l'effort appliqué au volant et qui rend le taux d'augmentation plus important à mesure que la vitesse du véhicule diminue. S'il est déterminé que La vitesse du véhicule est comprise dans la plage de grande vitesse, le second organe de réglage règle la force d'assistance conformément à une deuxième caractéristique qui augmente de façon linéaire la force d'assistance lorsque l'effort appliqué au volant croit et qui rend le taux d'augmentation plus petit à mesure que la vitesse du véhicule augmente. Par conséquent, dans un système selon l'invention, il est déterminé si la vitesse du véhicule est comprise dans une plage de basse vitesse ou dans une plage de grande vitesse. Dans La première, l'assistance produite par le moteur électrique est réglée de façon non linéaire, de manière que l'effort à appliquer au volant ne varie pas dans une forte mesure s'il se produit un changement relativement important de l'effort résistant. Un tel réglage non linéaire de l'assistance procure une caractéristique de gain qui est semblable à celles des servodirections hydrauliques. Par contre, dans la plage de grande vitesse, l'assistance est réglée à peu près linéairement, de manière que l'effort à appliquer au volant varie fortement s'il se produit un important changement de l'effort résistant. L'assistance fournie par le moteur électrique est donc variée selon des caractéristiques de gain distinctes qui sont sélectionnées en fonction d'un paramètre de la vitesse de marche du véhicule. Selon un mode de réalisation préféré, le premier et le second organe de réglage sont coordonnés respectivement à un premier groupe (A) et à un second groupe (B) de caractéristiques, comme représenté sur la figure 4. Le dispositif de commande délivre une tension qui fixe le courant de travail ou courant d'excitation du moteur électrique, de manière que celui-ci fournisse une assis- tance adéquate, en fonction des signaux délivrés à la sortie du premier organe de réglage ou en fonction des signaux délivrés à la sortie du second organe de réglage. La modulation du gain en fonction de la vitesse de marche du véhicule peut être réalisée par la consultation d'une table de données dans laquelle sont enregistrées différentes forces d'assistance correspondant à différents efforts appliqués au volant ainsi qu'à différentes vitesses du véhicule. Il est possible encore de moduler le gain à l'aide d'une table de données dans laquelle sont enregistrées plusieurs caractéristiques de référence déter- minées pour plusieurs vitesses de véhicule prédéterminées et en ajustant la force d'assistance en fonction des valeurs lues dans cette table de données. Ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, selon l'invention, le schéma de réglage de l'assistance diffère suivant que le véhicule route à basse vitesse ou à grande vitesse. A basse vitesse, le volant de direction peut être tourné par un couple manuel constant, quel que soit l'angle de braquage et la vitesse du véhicule. A grande vitesse, la rotation du volant demande l'application d'un couple manuel qui varie proportionnellement à la dépendance de l'effort résistant de l'angle de braquage, de telle sorte que l'effort à appliquer au volant est plus grand à mesure que le volant est dévié davantage de la position neutre ou d'alignement droit, ce qui améliore la stabilité pendant la conduite à vive allure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'une servodirection électrique avec un dispositif pour sa commande selon l'invention; - la figure 2 est le schéma synoptique d'un dispo- sitif de réglage de la force d'assistance de la figure 1; - la figure 3 représente l'organigramme d'un programme de réglage de l'assistance exécuté par un microprocesseur faisant partie du dispositif de la figure 2; - la figure 4 est un graphique montrant la carac- téristique de réglage de la force d'assistance par rapport à l'effort appliqué au volant (caractéristique d'amplification); - la figure 5 est un autre graphique montrant un détail de la caractéristique de la figure 4 pour la marche à la vitesse la plus faible; - la figure 6(a) et 6(b) sont des graphiques montrant respectivement des caractéristiques d'assistance de servodirections électrique et hydraulique connues; et - la figure 7(a) et 7(b) sont des graphiques montrant la relation entre des forces de rappel et des angles de braquage. Sur la figure 1, on voit un arbre de direction 10, sur une extrémité duquel est fixé un volant 11 et sur l'autre extrémité duquel est fixé un pignon 13 qui est rotatif dans un bottier d'engrenage 12. Le pignon 13 engrène avec une crémaiLLère montée axialement coulissante dans le boîtier d'engrenage 12. Bien que cela ne soit pas représenté, les extrémités opposées de la crémaillère 14 sont reliées à des roues-directrices 18 au moyen de joints à rotule et d'éléments analogues, de façon bien connue dans l'art. L'arbre de direction 10 est équipé d'un capteur de couple 15 qui est destiné à détecter l'effort appliqué manuellement au volant 11. L'arbre 10 est accouplé en outre par des roues dentées 17 à un moteur électrique 16 qui produit une énergie ou force d'assistance. Une génératrice à courant continu ou dynamo 19, entrainée par le moteur d'un véhicule (non représenté) délivre une tension (VE) lorsque le moteur du véhicule tourne et cette tension est appliquée à l'entrée d'un circuit hacheur 25. Ce circuit hacheur 25 fait partie d'un régulateur de gain 200 qui comporte également un dispositif de réglage de l'assistance 24. Ce dernier reçoit un effort de braquage (Tm) du capteur de couple 15, un signal de vitesse (V) provenant du capteur 26 de la vitesse du véhicule, ainsi qu'un courant de travail (Id) du moteur électrique 16. Le dispositif 24 de réglage de l'assistance fait varier le gain d' asservissement (A) en fonction du signal (V) de la vitesse de marche du véhicule et du courant de travail (Id), lesquels sont appliques à l'entrée du dispositif 24, tandis que la sortie de ce dernier délivre au circuit hacheur 25 un signal (M) qui ajuste le courant de travail (Id) de manière que soit engendrée une force d'assistance Ta (= A. Tm) en fonction de l'effort de braquage (Tm). Lorsqu'il reçoit le signal (M), le circuit hacheur 25 applique au moteur électrique 16 une tension modulée (VEO) pour régler le courant de travail (Id) selon les besoins. La figure 2 représente de façon détaillée, sous forme d'un schéma synoptique, la constitution du dispositif de réglage de l'assistance 24. On y voit que ce dispositif est formé essen- 257 9547 tiellement d'un ordinateur numérique, un système à microprocesseur. par exemple. Plus précisément, le dispositif 24 comporte un multi- plexeur 61 qui reçoit l'effort de braquage (Tm) et la vitesse (V) du véhicule, un convertisseur analogique-numérique 65 pour convertir chacun des signaux (Tm) et (V) en un signal numérique correspondant, un microprocesseur 60, une mémoire morte (ROM) 63 pour stocker des programmes de commande du système et une table de données de commande du gain, une mémoire vive (RAM) 62 pour le stockage de données qui y sont introduites, un convertisseur numérique-analogique 64 pour convertir des signaux de commande délivrés par le microprocesseur 60 en un signal analogique correspondant,-un circuit amplificateur d'erreur 74 pour régler le courant de travail (Id) du moteur élec- trique 16 suivant la valeur de consigne, de même qu'un circuit d'ajustement de gain 76 qui agit comme une section de modulation en fonction de la vitesse pour moduler une force d'assistance de référence, appliquée à ce circuit, en fonction de la vitesse (V) du véhicule. La figure 3 est un organigramme d'opérations exécutées par le microprocesseur 60 et la figure 5 est un graphique représentant des caractéristiques d'assistance à différentes vitesses du véhicule. Le programme représenté sur la figure 3 est exécuté en réponse à un signal d'interruption qui est généré à des intervalles de temps prédéterminés ou à des intervalles corres- pondant à des distances parcourues prédéterminées. L'effort de braquage (Tm) et la vitesse (V) du véhicule sont lus au pas 100. La vitesse (V) est comparée avec une valeur préfixée (C) (de km/h par exemple) au pas 102; si la réponse est "non", c'est- à-dire si la vitesse (V) du véhicule est comprise dans une plage de basse vitesse, on passe au pas 104 pour déterminer le sens de mouvement du volant 11 par rapport à la position neutre. Plus précisément, il est déterminé si le volant 11 est tourné dans le sens de l'augmentation du braquage ou dans le sens de son retour à la position neutre. Cette opération peut consister à déterminer si l'effort de braquage (Tm) a tendance à augmenter ou à diminuer; il est possible aussi d'utiliser un capteur d'angle de braquage. S'il est déterminé que la vitesse (V) du véhicule est comprise dans la plage de basse vitesse, la force d'assis- tance (Ta) est réglée conformément à une caractéristique de gain de référence, comme celle représentée sur la figure 5, qui couvre des vitesses du véhicule allant de 0 à 10 km/h, voir également la figure 4. La mémoire (ROM) 63 a préalablement stocké cette carac- téristique de gain de référence sous forme de tables, de sorte que lorsque l'effort de braquage (Tm) détecté est introduit en tant que donnée d'adresse dans la mémoire (ROM) 63, une force d'assistance (Ta) correspondante d'une des tables est sélectionnée et le microprocesseur délivre un signal de commande (EO) qui y correspond. Un segment caractéristique allant d'un point (a) à un autre point (b) sur la figure 5 est utilisé lorsque le volant 11 est tourné dans le sens de l'augmentation du braquage, tandis qu'un autre segment caractéristique allant du point (b) à encore un autre point (c) est utilisé lorsque le volant 11 est tourné dans le sens de son retour à la position d'alignement. Suivant le sens de rotation du volant, le programme est poursuivi par le pas 106 ou 108, dans lequel une table caractéristique (M1) ou (M2) est consultée en vue de l'obtention d'un signal de commande (EO) représentatif de la force d'assistance (Ta) sélectionnée. Le pas 110 est exécuté ensuite, o le signal de commande (EO) trouvé et délivré par le microprocesseur est appliqué à travers le con- vertisseur numérique-analogique 64 ou circuit amplificateur d'erreur 74. Le gain du circuit amplificateur d'erreur 74 est varié par le circuit d'ajustement de gain 76. Cette opération est effectuée par la variation de la grandeur d'une résistance de contre-réaction formant un circuit de contre-réaction (non repré- senté) du circuit 74. Comme le circuit d'ajustement de gain 76 ajuste le gain du circuit amplificateur d'erreur 74 en fonction de la vitesse (V) du véhicule, le signal de sortie (M) du circuit amplificateur 74 est modulé par la vitesse (V) du véhicule. Par conséquent, la caractéristique de la force ou énergie d'assis- tance (Ta) produite par le moteur électrique 16 est réglée confor- mément à la caractéristique de la tension (VEO) appliquée au moteur 257954 7 électrique 16, de telle manière que la caractéristique de référence pour la plus basse vitesse du véhicule (0 à 10 km/h) est modulée d'après la vitesse (V) du véhicule. La caractéristique de gain dans la plage de basse vitesse correspond donc à la caractéristique ayant comme paramètres les vitesses du groupe (A) de la figure 4. Par contre, s'il est déterminé que la vitesse (V) du véhicule est comprise dans la plage de grande vitesse, un signal de commande (EO) pour une autre vitesse de référence (par exemple km/h), o la force d'assistance (Ta) est linéairement propor- tionnelle à l'effort de braquage (Tm) appliqué, est calculé, au pas 103, par la multiplication de l'effort de braquage (Tm) appliqué par une constante (Ao); ce signal (EO) est appliqué au circuit amplificateur d'erreur 74 au pas 110. Le signal de commande (EO) calculé est modulé comme décrit dans ce qui précède sur la base de la vitesse (V) du véhicule et la tension (VEO),modulée en consé- quence,est appliquée au moteur électrique 16. Donc, lorsque la vitesse (V) du véhicule est comprise dans la plage de grande vitesse, la force d'assistance (Ta) produite par le moteur élec- trique 16 est conforme à l'une des caractéristiques qui correspondent respectivement aux vitesses de 60, 80 et 120 km/h de l'autre groupe (B) de la figure 4. La caractéristique de la force d'assistance (Ta) produite par le moteur électrique 16 est par conséquent variée, de la façon décrite ci-dessus, à la fois en fonction de l'effort de braquage (Tm) et en fonction de la vitesse (V) du véhicule. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Servodirection électrique pour un véhicule auto- mobile possédant un arbre de direction que le conducteur du véhicule peut tourner manuellement, caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur de couple (15) pour détecter l'effort de braquage ou effort appliqué manuellement à l'arbre de direction (10), un capteur de vitesse (26) pour détecter la vitesse de marche (V) du véhicule, un moteur électrique (16) pour fournir de l'énergie d'assistance à la rotation de l'arbre de direction, ainsi qu'un dispositif régulateur (200) pour régler le rapport de l'énergie d'assistance (Ta) fourniepar le moteur électrique (16) à l'effort de braquage (Tm) détecté par le capteur de couple (15), de manière à faire varier l'énergie d'assistance en fonction de l'effort de braquage détecté, le dispositif régulateur comprenant: un élément détecteur pour déterminer si la vitesse (V) du véhicule, détectée par le capteur de vitesse (26), est comprise dans une plage de basse vitesse ou dans une plage de grande vitesse, un premier moyen de réglage, agissant lorsqu'il est déterminé que la vitesse du véhicule est comprise dans la plage de basse vitesse, pour délivrer un premier signal de commande (EO) destiné au réglage de l'énergie d'assistance (Ta) suivant une première caractéristique, un second moyen de réglage, agissant lorsqu'il est déterminé que la vitesse du véhicule est comprise dans la plage de grande vitesse, pour délivrer un second signal de commande (EO) destiné au réglage de l'énergie d'assistance (Ta) suivant une deuxième caractéristique qui diffère de la première caractéristique en ce qui concerne le taux d'augmentation de l'énergie d'assistance par rapport à l'effort de braquage (Tm), ainsi qu'un dispositif de commande de moteur (25) qui est sensible au premier et au second signal de commande pour commander le moteur électrique (16) de manière que celui-ci fournisse une énergie d'assistance qui correspond au premier ou au second signal de commande. 2. Servodirection selon ta revendication 1, dans laquelle la première caractéristique correspond à une variation non linéaire de l'énergie d'assistance (Ta) en fonction de la variation de l'effort de braquage (Tm) , de manière que Le taux d'augmentation de l'énergie d'assistance devienne plus élevé à mesure que la vitesse du véhicule diminue, et dans laquelle la deuxième caractéristique correspond à une variation linéaire de l'énergie d'assistance (Ta) en fonction de la variation de l'effort de braquage (Tm), de manière que le taux d'augmentation de l'énergie d'assistance devienne plus petit à mesure que la vitesse du véhicule augmente. 3. Servodirection selon la revendication 2, dans laquelle le premier moyen de réglage comporte: un moyen de mémo- risation (63) pour mémoriser la première caractéristique, suivant laquelle l'énergie d'assistance à une vitesse de référence dans ladite plage de basse vitesse varie de façon non linéaire en fonction de la variation de l'effort de braquage (Tm), un moyen de lecture (60) pour lire dans ce moyen de mémorisation (63) une énergie d'assistance correspondant à l'effort de braquage (Tm) détecté par le capteur de couple (15), ainsi qu'un modulateur de signal (74) pour moduler l'énergie d'assistance lue, pour ladite vitesse de référence, en fonction de la vitesse (V) du véhicule détectée par le capteur de vitesse (26), en vue de la délivrance du premier signal de commande (EO), représentatif de l'énergie d'assistance modulée, au dispositif de commande de moteur (25). 4. Servodirection électrique pour un véhicule automobile possédant un arbre de direction que le conducteur du véhicule peut tourner manuellement, caractérisée en ce qu'elle comporte un moteur électrique (16) accouplé à l'arbre de direc- tion (10) et destiné à fournir une énergie d'assistance pour tourner cet arbre, un capteur de couple (15) pour détecter l'effort de braquage ou effort appliqué manuellement à l'arbre de direc- tion (10), un capteur de vitesse (26) pour détecter la vitesse de marche (V) du véhicule, un élément détecteur pour déterminer si la vitesse (V) du véhicule, détectée par le capteur de vitesse (26), est comprise dans une plage de grande vitesse ou dans une plage de basse vitesse, un premier moyen de réglage, sensible à l'effort de braquage détecté par le capteur de couple (15), pour produire un premier signal de commande (EO) représentant une énergie d'assistance correspondant à une première caractéristique, Lorsqu'il est déterminé par ledit élément détecteur que la vitesse (V) du véhicule est comprise dans La plage de basse vitesse, un second moyen de commande, sensible à l'effort de braquage détecté par Le capteur de couple (15), pour produire un second signal de com- mande (EO) représentant une énergie d'assistance qui est conforme à une deuxième caractéristique, lorsqu'il est déterminé par ledit élément détecteur que la vitesse (V) du véhicule est comprise dans la plage de grande vitesse, la première et la deuxième - caractéristique différant l'une de l'autre en ce qui concerne le taux d'augmentation de L'énergie d'assistance par rapport à l'effort de braquage, un moyen de modulation de signal (74) pour moduler le premier ou le second signal de commande (E0) en fonction de la vitesse (V) du véhicule détectée par le détecteur de vitesse (26), de manière que le taux d'augmentation de l'énergie d'assistance soit rendu plus petit à mesure que la vitesse du véhicule augmente, de même qu'un dispositif de commande de moteur (25) qui est sensible au signal modulé provenant du moyen de modulation de signal (74) et est destiné à commander le moteur électrique (16) de manière que celui-ci fournisse une énergie d'assistance dépendant dudit signal modulé. 5. Servodirection-selon la revendication 4, dans laquelle la première caractéristique correspond à une augmentation non linéaire de l'énergie d'assistance à mesure que l'effort de braquage augmente, la deuxième caractéristique correspond à une augmentation linéaire de l'énergie d'assistance à mesure que l'effort de braquage augmente et le taux d'augmentation moyen de la première caractéristique est plus grand que celui de la deuxième caractéristique. 6. Servodirection selon la revendication 5, dans laquelle le premier moyen de commande comporte un moyen de mémo- risation (63) pour mémoriser la première caractéristique, faisant varier de façon non linéaire l'énergie d'assistance à une vitesse de référence comprise dans la plage de basse vitesse, en fonction de la variation de l'effort de braquage, ainsi qu'un moyen de lecture (60) pour lire dans ce moyen de mémorisation (63) une 257 9547 énergie d'assistance correspondant à l'effort de braquage détecté par le capteur de couple (15). 7. Servodirection selon la revendication 5, dans laquelle le second moyen de commande comporte un moyen de calcul (60) pour calculer une énergie d'assistance pour une deuxième vitesse de référence, comprise dans la plage de grande vitesse, avec utilisation d'une constante et en fonction de l'effort de braquage détecté par le capteur de couple (15).