Brevet FR2576268A1 — publié le 19860725

APPAREIL DE CONDUITE DE ROUES AVANiT ET ARRIERE. Cette invention se rapporte à une amélioration d'un appareil de conduite de roues avant et arrière pour un véhicule qui peut contrôler de façon variable L'angLe de direction des roues arrière par rapport à L'angLe de direction des roues avant. Il y a eu de nombreuses propositions pour four- nir des appareils de conduite de rcues avant et arrière, particulièrement sous la forme d'appareils de conduite à quatre roues. Par exemple, la demande de brevet japonais n 53-163678 (PubLication n 55-91457 des brevets japonais), déposée par le cessionnaire de la présente demande, propose un appareil de conduite de roues avant et arrière pour un véhicule qui conduit les roues arrière par rapport à la conduite des roues avant à haute vitesse dans le même rapport de phase et à basse vitesse dans un rapport de phase opposé. L'angle de direction est une fonction conti- nue en rapport avec la vitesse du véhicule, comme indique par exemple en "Q"sur la figure 5. Ainsi, un contrôLe continu de l'angle de direction est assuré selon la fonction continue Q de telle sorte que la fonction de l'appareil de conduite puisse être favorable à la fois à haute et à basse vitesse. Spécifiquement, l'angle de braquage minimum et la différence de rayon intérieur du véhicule sont tous deux fortement réduits, et la manoeuvrabilité du véhicule, particulièrement à basse vitesse, pour faire des manoeuvres de garage ou pour conduire la voiture dans des voies étroites et sinueuses et faire demi-tour, est considérablement accrue, avec l'avantage supplémentaire d'accroître la réaction latérale dynamique du véhicule à haute vitesse. En particulier, en contrôlant l'angle de braquage des roues arrière par rapport à la fonction mathématique f(u) = (A - Bu2)/(C - Du2) comme proposé dans la demande 2 22576268 de brevet japonais n 55-84519 (Publication des Brevets Japonais n 5711173), il est théoriquement possible de réduire L'angle de dérapage du véhicuLe à zéro et le véhicuLe peut circuler le Long de la tangente d'un cer- cLe défini autour du centre de giration, ce qui peut effectivement réduire La difficulté pour Le conducteur à contrôler Le mouvement du véhicule. Et en outre, Le fait que le retard de phase de la réaction du véhicule à l'accélération latérale se trouve réduit contribue à l'amélioration de la réaction de conduite du véhicule. Cependant, la fonction mathématique ci-dessus mentionnée est calculée sur l'hypothèse que le véhicule suit une courbe régulière ou tourne selon un rayon cons- tant à une vitesse constante, mais, en réalité le véhi- cule tourne souvent tout en accélérant ou en ralentissant. Ceci est dû au fait que, pendant que le conducteur, en conduisant dans un virage à une vitesse relativement élevée, prévoit normalement la courbure du prochain virage et commence le virage après avoir ajusté la vitesse du véhicule à la courbure du prochain virage, dans beau- coup de cas, le conducteur se trouve dans l'obligation de réajuster la vitesse du véhicule après avoir commencé son virage. Selon des expériences réalisées par les inventeurs, il a été découvert que, quand l'angle de braquage est contrôlé de manière à réduire l'angle de dérapage à zéro dans l'hypothèse o la vitesse du véhicule est constante, un résultat désiré n'est pas nécessairement obtenu. Spécifiquement, le véhicule tend à se déplacer vers l'intérieur du virage quand le véhicule ralentit et la trajectoire du véhicule tend à se déplacer vers l'extérieur du virage quand le véhicule accélère. De plus, il a été découvert que la réaction de conduite du véhicule peut être nettement améliorée si L'accélération du véhicule ou la variation de la vitesse du véhicule est prise en compte. 3 2576268 Face à ces problèmes, un premier objet de la présente invention est de fournir un appareil de direction pour roues avant et arrière pour véhicule grâce auquel la réaction de conduite du véhicule est améliorée et la conduite du véhicule est rendue plus confortable et plus sûre par la détermination appropriée des propriétés de la fonction d'angle de direction dans l'appareil de direction des roues avant et arrière du véhicule. Un autre objet de la présente invention est de fournir un appareil de direction des roues avant et arrière pour véhicule selon-lequel la réaction de conduite est automatiquement améliorée sans que la conduite ait une action spéciale quelconque. Selon la présente invention, ces objectifs sont atteints en fournissant un appareil de direction des roues avant et arrière pour véhicule pour contrôler de façon variable l'angle de direction des roues arrière par rapport à l'angle de direction des roues avant en fonction de la vitesse du véhicule, comprenant: un détecteur de vitesse du véhicule; un dispositif de sélection pour choisir une fonction mathématique entre plusieurs fonctions mathémati- ques représentant l'angle de direction des roues arrière selon la vitesse du véhicule; et un dispositif de direction de roues arrière pour déterminer un angle de direction correspondant à la fonction mathématique choisie. Ainsi, en tenant compte non seulement de la vitesse du véhicule mais aussi du changement de la vitesse du véhicule, en déterminant L'angle de direction des roues arrière dans un appareil de direction des roues avant et arrière, la réaction de conduite du véhicule peut être considérablement améliorée. Selon un certain aspect de la présente invention, au moins une des fonctions mathématiques est positive à haute vitesse et négative à basse vitesse, de façon à diri- ger les roues arrière dans le même rapport de phase que les roues avant à haute vitesse et dans un rapport de phase opposé à basse vitesse. Ainsi, une meilleure manoeuvrabilité à basse vitesse et une meilleure réaction du véhicule à haute vitesse sont obtenues en même temps. Selon un autre aspect de la présente invention, un certain retard de temps est entrainé par la transition d'une fonction mathématique à une-autre en proportion de l'importance de l'accélération du véhicule et, ainsi, une transition facile d'une fonction mathématique à une autre est obtenue. Ce retard peut être produit de façon pratique dans le régulateur de vitesse pour faire varier l'angle de direction, réduisant ainsi Le besoin de puissance du régu- lateur. - Ces objets et d'autres avantages de la présente invention seront mieux compris en se référant à la descrip- tion suivante et aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective représentant la structure de base générale d'un véhicule équipé d'un appareil de conduite à roues avant et arrière selon l'invention dont le châssis a été démonté; - la figure 2 est une perspective agrandie d'un système de conduite des roues arrière de la réalisation de la figure 1; - la figure 3 (a), (b) et (c) représente des vues de côté séparées du système de conduite de roues arrière de la figure 2, illustrant son principe de fonctionnement; - la figure 4 est un diagramme de fonctionnement de la structure de contrôle de la réalisation des figures 1 à 3; - la figure 5 est un graphique représentant les caractéristi- ques de la fonction de conduite de la réalisation repré- sentée dans les figures 1 à 4; - La figure 6 est un diagramme de fonctionnement de la structure de contrôle d'une seconde réalisation; et D 2576268 - La figure 7 est un graphique représentant les caractéris- tiques de la fonction de conduite de la seconde réaLisa- tion. Les réalisations préférées de cette invention vont être décrites ciaprès en se référant aux dessins annexes. Comme représenté en figure 1, une colonne de direction 2 d'un volant 1 est reliée à une boite de vitesse 3 à crémaillère et pignon, et une paire de tirants 5 sont reliés aux deux extrémités d'un arbre à engrenage 4 qui s'engrène dans un pignon de boite de vitesse (non repré- senté sur les dessins) fixé à l'extrémité inférieure de la colonne de direction 2. Aux extrémités externes des tirants sont reliés une paire de bras d'articulation 6 qui sup- portent à droite et à gauche des roues avant 7, respecti- vement, de telle sorte que les roues avant 7 peuvent être dirigées dans la direction déterminée par le volant 1 de manière connue. Un arbre à pignon 8 part de la boite de vitesse 3 dans la direction de l'arrière et un arbre de timonerie est relié à l'extrémité arrière de l'arbre à pignon 8 au moyen d'un joint universel 9. L'arbre à pignon 8 est muni d'un pignon de boite de vitesse (qui n'est pas repré- senté sur les dessins) qui s'engrène dans l'arbre à engre- nage 4. Et un arbre d'entrée 12 (figure 2) est relié à l'extrémité arrière de l'arbre de timonerie 10 au moyen d'un autre joint universel 11. Cet arbre d'entrée 12 est disposé le long de la ligne centrale latérale de la partie arrière du véhicule et est monté à rotation sur une surface d'appui 13 comme le montre bien la figure 2. De plus, un arbre oscillant 15, qui est montré en détail en figure 2, est relié à l'extrémité arrière de l'arbre d'entrée 12 au moyen d'une manille d'assemblage 14, et Jne pièce d'articulation 16 est fixée de façon lâche sur une partie moyenne de l'arbre oscillant 15. Les deux extré- 6 22576268 mités latérales de la pièce d'articulation 16 sont reliées aux tirants 25 au moyen de joints à billes 26 respective- ment, et la pièce d'articulation 16 est supportée fixement par la partie centrale d'un bras 17 qui est disposé dans le sens de la largeur du véhicule. Une extrémité du bras 17 est reliée au corps du véhicule au moyen d'une pièce de raccordement 19 et d'une applique de raccordement 19 alors que l'autre extrémité du bras 17 est reliée au corps du véhicule au moyen des pièces de raccordement 20 et 21 et d'une applique de raccordement 22,de telle sorte que le bras 17 peut osciller dans un plan vertical qui est perpendiculaire à la direc- tion longitudinale du véhicule. Un arbre pivot 23 de la pièce de raccordement 21 sur le côté de l'applique 22 peut tourner solidairement avec la pièce de raccordement 21. Les extrémités externes des tirants 25 sont reliées aux bras d'articulation 28 qui supportent les roues arrière 27 comme le montre la figure 1. Un moteur 31 est monté dans une partie du corps du véhicule située sur le côté de l'autre extrémité du bras 17 et un arbre de sortie du moteur 31 est pourvu d'un engrenage à vis sans fin 32 qui à son tour s'engrène dans un secteur denté 24 monté solidairement sur l'arbre pivot 23 de la pièce de raccordement 21. Ainsi, la rotation du moteur 31 entraînera le mouvement rotationnel du bras 17. De plus, le véhicule est muni d'un calculateur 33 qui reçoit les signaux d'un détecteur de vitesse du véhicule 34 pour connaître la vitesse du véhicule et d'un détecteur de position 35 qui détecte la position de l'arbre pivot 23 de la pièce de raccordement 21 et envoie un signal de contrôLe approprié au calculateur 33 en fonction de la vitesse du véhicule pour contrôler la rotation du moteur 31. Quand le point de pivotement P de la pièce d'arti- culation 16 coïncide avec le centre 0 de l'arbre d'entrée 12 comme le montre La figure 3 (a), l'arbre d'entrée 12 et 7 2576268 L'arbre oscilLant 15 pivotent d'une façon coaxiale, et donc la pièce d'articulation 16 n'oscillera pas Latérale- ment et les tirants 25 resteront stationnaires, de telle sorte que seules les roues avant 7 seront manoeuvrées et les roues arrière 27 ne seront pas manoeuvrées du tout,' de la même façon que dans un véhicule conventionnel. Quand la pièce de raccordement 21 est pivotée vers Le bas par la rotation du moteur 31 au moyen de l'engrenage à vis sans fin 32 et du secteur denté 24 qui s'engrènent, le bras 17 s'incline en ayant son extrémité gauche vers le bas comme le montre la figure 3 (b). A cause de cette inclinaison du bras 17, le point de pivote- ment P est situé en dessous du centre axial 0 et, si l'arbre d'entrée 12 pivote par exemple dans le sens anti- horaire d'un angle a, les tirants 25 se meuvent vers la droite comme l'indiquent Les pointillés de la figure 3 (b), pour diriger les roues arrière 27 dans la direction oppo- sée à l'orientation des roues avant 7. Quand La pièce de raccordement 21 est tournée vers le haut par rotation inverse du moteur 31, le bras 17 s'incline avec son extrémité gauche vers le haut comme le montre la figure 3 (c). A cause de cette inclinaison du bras 17, le point de pivotement P est situé au-dessus du centre axial 0 et, si l'arbre d'entrée 12 est tourné par exemple de la même façon dans le sens anti-horaire d'un angle L, les tirants 25 se déplacent vers La gauche, à l'inverse du cas précédent, comme L'indique en pointillés la figure 3-(c), pour braquer les roues arrière 27 dans la même direction que les roues avant 7. Maintenant l'action de la réalisation décrite ci- dessus va être décrite ci-après en se référant aux figures 4 et 5. La figure 4 représente la structure fonctionnelle du calculateur 33. Le signal de vitesse du véhicule détecté par le détecteur de vitesse du véhicule 34 est fourni au 8 2576268 calculateur 33 sous forme d'un certain signal de vitesse du véhicule u. Ce signal de vitesse de véhicule u est converti en un signal de fonction d'angle de direction prédéterminé k0 (=f(u)) par un-processus de conversion (a). Cette fonction est choisie (c) selon un signal de changement de vitesse du véhicule ou signal d'accélération u' obtenu par différentiation du signal de vitesse du véhicule (b). Comme Le montre la figure 5, quand la valeur absolue de l'accélération reste dans certaines limites, la fonction d'angle de direction est donnée par la courbe Q, mais, quand l'accélération augmente en valeur absolue vers le côté néaatif, les courbes P1, P2,..., situées au- dessus de La courbe Q dans le graphique, sont choisies en séquence. Quand l'accélération augmente de valeur absolue vers le côté positif, tes courbes R1,-R2,..., situées au-dessous de La courbe Q dans ie graphique, sont choisies séquentiellement. Le nombre des fonctions mathématiques préparées en association avec les courbes P1, P2,.. et R1, R2,... sont tout à fait arbitraires et peuvent être aussi nombreuses que les mémoires du calculateur 33 peuvent en stocker. Donc, il est possible d'opérer La transition d'une fonction mathématique à une autre -d'une façon qui semble pratiquement continue. Le détecteur de position 35 détecte la position angulaire de la pièce de raccordement 21 qui est propor- tionnelle à l'angle d'orientation de la direction en conduite réelle et Le résultat détecté est fourni au calculateur 33 comme angle de direction réel k. Une dif- --m férence relative ATk = k - k est obtenue par un procédé m 0 de comparaison (d). Cette différence ek est fournie par le calculateur 33 à un appareil de contr6le de sortie 43 comme donnée correspondant à La correction de l'angle de braquage qui est nécessaire pour obtenir l'angle de bra- quage désiré. L'extrémité de sortie de l'appareil de 9 2576268 contrôle de sortie 43 est connectée au moteur 31 et four- nit ainsi un signal de contrôLe s correspondant à la dif- férence 4 k. Ainsi, le moteur 31 est mis en rotation dans la direction qui réalise l'angle de braquage correspondant à la vitesse du véhicule à ce moment. Ainsi, comme le montre la figure 5, à haute vites- se l'angle de braquage est généralement positif, ou en d'autres mots, la même relation de phase contrôle la tendance du véhicule à s'écarter vers l'extérieur de la courbe quand le véhicule tourne pendant que l'accélération est contrôlée par réduction de l'angle de braquage des roues arrière qui sont dans la même relation de phase par rapport aux roues avant et la tendance du véhicule à ren- trer à l'intérieur du virage quand le véhicule tourne tout en ralentissant est contrôlée par l'accroissement de L'an- gle de braquage des roues arrière. La figure 6 montre une autre réalisation de la structure fonctionnelle du calculateur 33. Selon cette réalisation, le dispositif pour modifier la fonction de l'angle de braquage dépendant de la grandeur du taux de changement de la vitesse du véhicule est similaire à celui de la réalisation précédente, mais, selon cette réalisation, seulement trois fonctions d'angle de braquage P, Q et R sont préparées comme le montre la figure 7. Spécifiquement, la courbe Q est choisie quand l'accélération reste dans certaines limites; la courbe R est choisie quand l'accélération est à l'extérieur de cet intervalle vers le côté positif; et la courbe P est choisie quand l'accélération est en dehors de cette valeur vers le côté négatif. La valeur absolue du signal d'accé- lération /u'/ obtenu en différentiant (b) le signal u de vitesse du véhicule est fournie à un circuit de retard (e) et le temps requis pour réaliser l'angle de braquage déter- miné par la fonction, qui est choisie par détection de l'accélération dépassant une certaine valeur, est modifié 2C576268 par Le circuit de retard (e) agissant sur L'appareil de sortie 43 en fonction de L'importance de l'accélération. En d'autres mots, si la valeur absoLue de l'accélération est grande, L'angle de braquage déterminé par la fonction appropriée est réalisé dans un temps relativement court et, réciproquement, si la valeur absolue de l'accélération est petite, l'angle de braquage s'approche plutôt lente- ment de la valeur déterminée. Ainsi, la réalisation présente peut fournir une action similaire à celle de la réalisation précédente sans recourir à un si grand nombre de fonctions mathéma- tiques. Ainsi, la présente invention peut fournir les avantages significatifs d'une réaction de conduite favo- rable même quand le véhicule ralentit ou accéLère quand il tourne, particulièrement à grande vitesse, rendant ainsi la conduite du véhicule plus confortable, moins fatigante et plus sûre, en plus des avantages d'un appa- reil de direction pour roues avant et arrière qui améliore la réaction de conduite à haute vitesse et la manoeuvrabi- lité du véhicule à basse vitesse. Dans les réalisations décrites ci-dessus, les dif- férents processus exécutés dans le calculateur 33 sont exécutés par un certain programme (logiciel) mémorisé par exemple dans la zone de mémoire du calculateur 33, mais il est possible d'utiliser un montage électrique ayant une fonction similaire pour réaliser les mêmes processus. De plus, cette invention n'est pas limitée aux réalisations décrites cidessus, mais peut aussi être appliquée à des appareils de direction de roues avant et arrière dans lesquels les roues avant et arrière sont commandées hydrauliquement et l'information d'angle de braquage avant est transmise par pression hydraulique, ou l'angle de direction de roues avant est transmis au calcu- lateur 33 sous forme d'un signal électrique. REVENDICATIONS 1. Appareil de direction de roues avant et arrière pour véhicule pour faire varier l'angle de braquage des roues arrière par rapport à l'angle de braquage des roues avant en fonction de la vitesse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: - un détecteur de la vitesse du véhicule (34); - un dispositif de sélection (c) pour choisir une fonc- tion mathématique parmi plusieurs fonctions mathémati- ques représentant l'angle de braquage des roues arrière selon les variations de la vitesse du véhicule; et - un dispositif de direction des roues arrière (11 à 26, 28 à 31) pour réaliser un angle de braquage correspon- dant à la fonction mathématique choisie. 2. Appareil de direction de roue avant et arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des fonc- tions mathématiques est oositive à haute vitesse et négative à basse vitesse de façon à diriger les roues arrière dans la même relation de phase que les roues avant à haute vitesse et en relation de phase opposée à basse vitesse. 3. Appareil de direction de roues avant et arrière selon la revendication 2, caractérisé en ce que la transi- tion d'une fonction mathématique à une-autre se fait sen- siblement sans retard. 4. Appareil de direction de roues avant et arrière selon la revendication 2, caractérisé en ce que la transi- tion d'une fonction mathématique à une autre s'opère avec un certain retard. 5. Appareil de direction de roues avant et arrière selon la revendication 4, caractérisé en ce que le retard est causé par un dispositif de retardement (e) agissant sur le dispositif pour réaliser l'angle de braquage. 6. Appareil de direction de roues avant et arrière selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caracté- risé en ce que le nombre de fonctions mathématiques est de trois. 7. AppareiL de direction de roues avant et arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins. certaines des fonctions mathématiques sont positives à haute vitesse et négatives à basse vitesse de façon à diriger les roues arrière dans la même relation de phase que les roues avant à haute vitesse et dans la relation de phase opposée à basse vitesse, la valeur de la fonction mathématique choisie à haute vitesse s'accroissant avec l'accroissement del'accélération du véhicule et décrois- sant avec l'accroissement du ralentissement du véhicule.