Brevet FR2629037A1 — publié le 19890929

d) RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication 2 629 037 (a n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE on N d'enregistrement national: 89 0 1 8 16 PARIS Int CI': B 62 D 6/04, 7/14. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Ai Date de dépôt: 13 février 1989. Q Demandeur(s): DAIMLER-BENZ AKTIENGESELL- SCHAFT - DE. ( Priorité: DE, 13 février 1988, n P 38 04 587.7. ( Inventeur(s): Erich Schindier. ( Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 39 du 29 septembre 1989. Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: (rt Titulaire(s): Mandataire(s): Cabinet Regimbeau. Martin, Schrimpf, Warcoin et Ahner. Direction additionnelle, notamment de roues arrière, pour des véhicules automobiles, notamment de tourisme. 57 L'invention concerne une direction additionnelle pour un véhicule automobile, notamment une voiture de tourisme. La direction additionnelle intervient automatiquement en K fonction de la variation de vitesse transversale 'v du véhicule. Il est ainsi tenu compte du fait qu'une forte augmentation de la 8VA vitesse transversale est caractéristique de la génération de -. mouvements de dérapage et que des conditions critiques de iy6sol y6,ist marche peuvent être stabilisées par une réaction rapide à la variation de vitesse transversale: dans des conditions de marche stationnaires, c'està-dire lorsqu'il se produit seulement une variation négligeable de la vitesse transversale, la direction I additionnelle n'est pas actionnée ou bien elle est ramenée l vg c)3 dans sa position neutre. i) on L OV N tO N L.D Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de le Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention concerne une direction additionnelle, notamment direction additionnelle de roues arrière,pour des véhicules automobiles, notamment des voitures de tourisme, comportant un dispositif d'actionnement qui effectue le braquage des roues directrices, notamment les roues-arrière, en vue d'une stabilisation du véhicule, en fonction d'une grandeur en corrélation avec la vitesse longitudinale, l'accélération transversale et la vitesse de giration. D'après la demande de brevet allemand DE-OS 33 00 640, une direction additionnelle corres- pondante est connue et cette direction additionnelle doit compenser les mouvements perturbés du véhicule déjà pendant le temps d'absence de réaction du conduc- teur. Certes, il est déjà signalé d'une façon tout à fait générale dans la demande de brevet alle- mand précitée que la commande de la direction addi- tionnelle peut être effectuée en fonction de la vitesse longitudinale, de l'accélération transversale et/ou de la vitesse de giration. Cependant, dans ce document, il n'est donné aucune indication précise définissant comment des conditions instables de marche, qui peuvent conduire à des mouvements de dérapage, doivent être détectées en temps voulu et stabilisées d'une manière optimale par la direction additionnelle. - Pour cette raison, l'invention a pour but de créer une direction additionnelle qui convient à un degré suffisant pour assurer une stabilisation particulièrement efficace du véhicule lors d'une augmentation du risque de dérapage. Ce problème est résolu en ce que le dispo- sitif d'actionnement ( régulateur) effectue, lorsqu'il se produit un mouvement d'accélération du véhicule associé à une augmentation rapide de sa vitesse transversale, un actionnement des roues directrices ou arrière dans le sens d'une commande antagoniste s'opposant au mouvement de dérapage, l'angle de braquage correspondant des roues directrices ou arrière étant fonction de la variation de vitesse transversale ou d'une grandeur en corrélation avec elle. Il faut préciser à cet égard que la variation de vitesse transversale, désignée par vy, est définie par la formule suivante: vy = a - vx, o ay désigne l'accélération transversale, vx la vitesse longitudinale et Y la vitesse de giration du véhicule. L'invention est basée sur la connaissance de ce qu'une croissance rapide de la vitesse transversale du véhicule provoque d'une manière caractéristique un amorçage des mouvements de dérapage de ce véhicule. En correspondance, le principe fondamental de l'invention consiste, lorsqu'il se produit des variations de la vitesse transversale, à effectuer un braquage antagoniste des roues directrices, notamment des roues arrière, et à empêcher ou tout au moins à retarder l'amorçage du processus de giration du véhicule. La direction additionnelle entre alors toujours en action quand il se produit des variations de la vitesse transversale. Aussit8t que la vitesse transversale du véhicule'ne varie plus, l'angle de braquage produit par la direction additionnelle est à nouveau réduit de telle sorte que la plage de braquage de la direction additionnelle, prévue pour compenser des conditions critiques de marche, soit toujours constamment disponible pour de nouvelles situations critiques. Simultanément on obtient l'avantage que le comportement de conduite d'un véhicule dans des conditions de marche stationnaires reste inchangé par rapport à un véhicule ne compor- tant pas une direction additionnelle. En addition ou en variante, on peut faire en sorte que le braquage des roues directrices ou arrière soit fonction de la variation de vitesse transversale ainsi que de l'évolution, dans le temps, ou la vitesse d'évolution de la variation de vitesse transversale. En outre, selon une forme avantageuse de mise en oeuvre de l'invention, à partir de la vitesse de mharche et d'un angle de braquage établi manuellement, une valeur de consigne de la variation de vitesse transversale du véhicule peut être déterminée et comparée avec la valeur réelle correspondante, le dispositif d'actionnement opérant alors en fonction de la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle. Avec cette forme de réalisation, on est assuré que le comportement de conduite soit inchangé, dans des situations non critiques, par rapport à un véhicule dépourvu de direction additionnelle. En correspondance, le conducteur n'a pas besoin d'un temps d'adaptation plus long quand il monte dans un véhicule comportant une direction additionnelle car celle- ci n'entre en action que dans des situations critiques dans le sens d'une stabilisation automatique du véhicule et par conséquent dans le sens de faciliter le contrôle du véhicule. Selon d'autres particularités de la direction additionnelle conforme à l'invention: - Il est prévu des capteurs additionnels pour une mesure directe ou indirecte du coefficient de frottement entre les pneumatiques et la route et qui agissent sur la proportionnalité entre la valeur d'actionnement de la direction additionnelle et la grandeur en corrélation. - Les mouvements de braquage de la direction addi- tionnelle sont produits indépendamment de l'angle de braquage momentané des roues avant ou bien de l'actionnement de direction par un conducteur. - Le braquage de direction produit par la direction additionnelle, notamment l'angle de braquage des roues arrière (6HA), est déterminé comme suit, par exemple à l'aide d'un ordinateur: S (t) = Kpv (t) + K d [ (Z)dZ, HA p y +Ddat L yAv t = une variable fonction du temps. - La valeur de consigne de la variation de vitesse transversale ( Vy, de consigne) est déterminée comme suit, par exemple à l'aide d'un ordinateur: l 3O. 1H 1H y, de consigne= Vx. * VA + Vx VA o vx, vx = la vitesse longitudinale ou la variation de vitesse longitudinale,respectivement, 1H = l'espacement entre l'essieu arrière du véhiculet le centre de gravité du véhicule (Sp), 1 = l'empattement du véhicule, et ^6VA' ÉVA = l'angle de braquage ou la variation de l'angle de braquage des roues avant, respectivement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limita- tif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan schématisée d'un véhicule pour définir différentes grandeurs, la figure 2 représente différents diagrammes servant à expliquer le comportement en marche avec et sans une direction additionnelle, et la figure 3 montre à l'aide d'un schéma comment s'effectue la régulation d'une direction additionnelle de roues arrière. Le véhicule représenté schématiquement en vue en plan sur la figure 1 comporte des roues avant directrices 1 et 2 et des roues arrière directrices 3 et 4. Les roues avant 1 et 2 sont alors braquées d'un angle 6VA tandis que l'angle de braquage des roues arrière est désigné par 6HA' Pour simplifier la représentation sur la figure 1, les angles de braquage'des roues sur le côté droit du véhicule ont la même grandeur que sur son côté gauche. En réalité, pour définir exactement la géométrie d'une direction, o les axes de toutes les roues doivent se couper, dans le cas d'une marche exempte de dérapage, au centre de la courbe, les angles de braquage des roues situées sur le côté extérieur de la courbe sont un peu plus petits que les angles de braquage des roues situées sur le côté intérieur de la courbe. Cependant, dans le cas présent, il n'est pas nécessaire de tenir -compte de ce fait car des réglages différents correspondants des angles de braquage des roues sont effectués obligatoirement en relation avec la cinématique du mécanisme d'actionnement ou de braqua- ge de la direction. Les angles désignés par HA et HA VA sur la figure 1 peuvent par conséquent être considérés comme des valeurs moyennes des angles de braquage des roues avant ou des roues arrière. L'empattement, c'est-à-dire l'espacement entre l'essieu avant et l'essieu arrière dans la direction longitudinale d'un véhicule, a été désigné par 1. L'espacement du centre de gravité Sp du véhicule par rapport à l'essieu arrière, dans la direction longitudinale du véhicule, s'élève à 1H. On a désigné par xo, yO un système de coordonnées stationnaire, c'est-àdire fixé au sol, tandis que x, y représente un système de coordonnées solidaire du véhicule et ayant pour origine le centre de gravité S du véhicule. P Le centre de gravité S devrait se P déplacer selon le vecteur v, c'està-dire dans un sens qui s'écarte de la trajectoire sur laquelle les roues 1 à 4 ont tendance à amener le véhicule. Il se produit alors entre la direction de la vitesse v et l'axe longitudinal du véhicule l'angle de flottement p. La vitesse v a des composantes vy et vX respectivement dans la direction de l'axe transversal du véhicule et dans la direction de l'axe longitudinal du véhicule. Dans le cas o la vitesse v varie, il se produit alors des variations V de vitesse longitudi- nale et C de vitesse transversale ainsi que des accé- Y lérations longitudinale a et transversale a *En x y outre, le véhicule peut éventuellement tourner avec une vitesse de giration autour de son axe vertical, de sorte que les variations de vitesse longitudinale et de vitesse transversale ainsi que les accéléra- tions longitudinale' et transversale peuvent être également influencées. Lorsqu'on néglige les mouvements de tangage et de roulis du véhicule, on obtient: _> 4. --i a = v + Y. v * t a = v - v x x y a = v + x ou i5 Y V = a -Vx Du fait du mouvement de rotation du véhicule autour de son axe vertical, la variation de vitesse transversale v n'est ainsi pas identique à l'accé- y lération transversale ay. Conformément à la figure 3, l'angle de braquage 6 HA des roues arrière est commandé à l'aide d'un régulateur tandis que le conducteur détermine ou modifie l'angle de braquage 6 VA des roues avant. Par ailleurs, le véhicule est sollicité par des forces perturbatrices Ks produites par l'état de la route et par le vent ou analogue. Sous l'effet des angles de braquage précités et des forces perturba- trices, il se produit pour l'accélération transversale (a réelle), la vitesse de giration (t réelle) etc. y,réle(frel)ec ainsi que pour la variation de vitesse transversale -(Vy réevle) des valeurs réelles variant dans le temps. y, reelle>9 Maintenant la valeur réelle vy, réelle dela variation de vitesse transversale est comparée avec la valeur de consigne correspondante vy, consigne afin de dter- miner l'écart de régulation L v. Ensuite le régula- y teur produit une variation correspondante de l'angle de braquage des roues arrière. A cet effet, le régulateur correspondant à une forme avantageuse de réalisation effectue à un instant t le réglage de l'angle de braquage suivant HA (t): HA (t) = K ( t + vyd(Z) drc HA(t) = Kp y (t) + KD dt L v (t + K) d t - TH o Vy = Vy,réelle - vy, de consigne et T = un intervalle de temps prédéterminé et H Kp, KD, K = constantes prédéterminées. Selon une première forme de réalisation de l'invention, on peut supposer Vyde consigne= 0. Au contraire il est également possible, et avantageux en relation avec un comportement en marche facile à contrôler, de déterminer et d'utiliser pour vy, consigne la valeur qui serait obtenue en relation avec la vitesse correspondante de marche ou longi- tudinale vx du véhicule, des angles de braquage VA des roues avant ( le cas échéant également des angles de braquage 6 HA des roues arrière) ainsi que de la variation desdites grandeurs dans le temps dans le cas d'une marche exempte de dérapage, c'est-à-dire dans le cas d'une condition correcte de roulage. Conformément à l'équation indiquée ci-dessus, l'angle de braquage 6 HA des roues arrière est défini au total par trois termes, et notamment par une partie- proportionnelle ( premier terme), par une partie- différentielle ( second terme) ainsi que par une partie-intégrale ( troisième terme). A cet égard, l'angle de braquage est généralement déterminé principalement par la partie-proportionneIle. La partiedifférentielle'intervient au début de mouve- ments de dérapage, quand la variation de vitesse transversale ne reste pas constante dans le temps, de manière à établir un angle de braquage additionnel. La partie-intégrale introduit un autre angle de braquage additionnel lorsque l'amorçage d'un mouvement de dérapage par un angle de braquage, qui est égal à la somme de la partie-proportionnelle et de la partiedifférentielle, ne peut pas encore être complètement empêché ou bien quand le véhicule tourne autour de son axe vertical avec variation relativement petite de sa vitesse transversale, par exemple sur de la neige ou sur une route autrement glissante. Du fait que l'intégration pour la partie-intégrale n'est effectuée à chaque fois que dans un intervalle de temps (TH), qui précède immédiatement l'instant correspondant (t), on est assuré que la partie- intégrale décroisse jusqu'à la valeur nulle dans le cas d'une marche circulaire stationnaire, c'est-à-dire lorsque v = 0. Y Du fait qu'également la partie-proportionnel- le et la partie-différentielle ont la valeur nulle dans des conditions stationnaires de marche, c'est-à- dire lorsque Vy = 0, on est assuré que la direction additionnelle revienne dans sa position de direction en ligne droite et que le comportement en marche du véhicule ne se différencie pas de celui d'un véhicule ne comportant pas une direction additionnelle, lorsqu'il existe une condition de marche stationnaire. Les valeurs optimales des paramètres Kp, KD, Kj et T seront avantageusement déterminées dans des essais de marche d'un véhicule. Du fait que, confor- mément à l'invention, les angles de braquage de la direction additionnelle sont réglés et non seulement commandés, il est possible de prédéterminer les paramètres précités sans autres constantes. Lorsque par exemple les conditions d.e arche varient, c'est- à-dire lorsque par exemple une route enneigée ou verglacée se présente à la place d'une route sèche, obligatoirement la vitesse transversale varie égale- ment lors de manoeuvres du conducteur ou bien lors de réactions du véhicule à des influences perturbatrices. Du fait de la variation de vitesse transversale, les conditions de marche modifiées du véhicule seront captées indirectement et prises en considération par le système de régulation. Le cas échéant, il est cependant également possible de capter au moins indirectement et de prendre en considération, à l'aide de capteurs additionnels, au moins une partie des conditions de marche, par exemple le coefficient de frottement entre les pneumatiques et la route, en vue d'une modification des paramètres précités. Sur la figure 2, le comportement en marche d'un véhicule ne comportant pas de direction addition- nelle est comparé avec le comportement en marche d'un véhicule pourvu d'une direction additionnelle. A cet effet, on a considéré une route enneigée et, en correspondance, un faible coefficient de frottement entre la route et les pneumatiques, ce coefficient de frottement étant par exemple p = 0,3. Conformément à la figure 2a, la roue directrice est braquée de façon sinusoidale d'un côté et elle est à nouveau ramenée dans la position de conduite en ligne droite. En correspondance avec les courbes représentées en tirets sur les figures 2b et 2c, cette manoeuvre de direction produit, dans le cas d'un véhicule sans direction additionnelle, un mouvement de dérapage accentué, avec une grande vitesse de giration, qui est également maintenu après terminaison de la manoeuvre de direction, c'est-à-dire que le véhicule tourne autour de son axe vertical. En ctre, l'angle de flottement, c'està-dire l'angle entre l'axe longitudinal du véhicule et la direction de mouvement du centre de gravité du véhicule augmente constamment. Dans le cas du véhicule comportant une direction additionnelle, il se produit par contre un comportement en marche tout à fait différent et très stable, comme cela est mis en évidence par les courbes représentées en traits pleins sur les figures 2b et 2c. Après terminaison de la manoeuvre de direction, la vitesse de giration ainsi que l'angle de flottement ont des valeurs très faibles et ayant tendance à diminuer et également on empêche ainsi un mouvement de dérapage dangereux. La direction additionnelle conforme à l'invention est avantageusement combinée avec un système anti-blocage pour les freins de service du véhicule ainsi qu'avec un système de régulation de patinage à l'entraînement. On est ainsi assuré qu'il ne se produise pas, lors d'une accélération ou lors d'un freinage du véhicule un patinage longi- tudinal excessif des roues et que cela ne puisse pas provoquer une perte de la force de guidage latéral des roues. La direction additionnelle peut par consé- quent conserver toute son efficacité également lors de manoeuvres de freinage et d'accélération. Au moyen de la direction additionnelle, on empêche ou on atténue notamment des mouvements de dérapage qui sont provoqués par exemple: - dans le cas d'une marche circulaire sur une route non plane, par une perte de force latérale sous l'effet de variations excessives des charges exercées sur les roues, par exemple en cas d'amortisseurs défectueux, - par une manoeuvr.e de direction rapide, par exemple pour éviter un obstacle, - par une variation du coefficient de frottement de la route ( route sèche, ou bien verglacée, ou bien enneigée). Pour pouvoir mesurer la variation de vitesse transversale du véhicule, ou bien une grandeur en corrélation avec cette variation, le véhicule comporte des capteurs de mesure correspondants du commerce ( capteurs de valeurs réelles), de telle sorte que la direction additionnelle puisse être commandée conformément à l'invention par une comparaison de la valeur réelle et de la valeur de consigne de la variation de vitesse transversale du véhicule, ou de la grandeur en corrélation avec elle. REVENDICATIONS 1. Direction additionnelle, notamment direction additionnelle de roues arrière,pour des véhicules automobiles, notamment des voitures de tourisme, comportant un dispositif d'actionnement qui effectue le braquage des roues directrices, notamment les roues arrière, en vue d'une stabilisation du véhicule, en fonction d'une grandeur en corrélation avec la vitesse longitudinale, l'accélération transversale et la vitesse de giration, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement ( régulateur) effectue, lorsqu'il se produit un mouvement d'accélération du véhicule associé à une augmentation rapide de sa vitesse transversale, un actionnement des roues directrices ou arrière (3, 4) dans le sens d'une commande antagoniste s'opposant au mouvement de dérapage, l'angle de braquage correspondant des roues directrices ou arrière (3, 4) étant fonction de la variation de vitesse transversale ou d'une grandeur en corrélation avec elle. 2. Direction additionnelle, notamment direction additionnelle de roues arrière,pour des véhicules automobiles, notamment des voitures de tourisme, comportant un dispositif d'actionnement qui effectue le braquage des roues directrices, notamment les roues arrière, en vue d'une stabilisation du véhicule, en fonction d'une grandeur en corrélation avec la vitesse longitudinale, l'accélération transversale et la vitesse de giration, notamment selon la revendication 1, caractérisée en ce que le braquage des roues directrices ou arrière (3, 4) est fonction de la variation de vitesse transversale et de l'évolution, dans le temps, ou vitesse d'évolution de la variation de vitesse transversale. 3. Direction additionnelle selon une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, à partir de la vitesse de marche et d'un braquage de direction ou analogue produit manuellement, des valeurs de consigne de la variation de vitesse transversale sont déterminées et comparées avec les valeurs réelles correspondantes, par exemple à l'aide d'un ordinateur, et en ce que le dispositif d'actionnement opère en fonction de la différence entre les valeurs de consigne et réelles. 4. Direction additionnelle selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu des capteurs additionnels pour une mesure directe ou indirecte du coefficient de frottement entre les pneumatiques et la route et qui agissent sur la proportionnalité entre la valeur d'actionnement de la direction additionnelle et la grandeur en corrélation. 5. Direction additionnelle selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les mouvements de braquage de la direction additionnelle sont produits indépendamment de l'angle de braquage momentané des roues avant ou bien de l'actionnement de direction par un conducteur. 6. Direction additionnelle selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le braquage de direction produit par la direction additionnelle, notamment l'angle de braquage des roues arrière (6 HA)' est déterminé comme suit, par exemple à l'aide d'un ordinateur: t pty D d t i K S HA (t) = Kp My (t) + KD dtt vy (t) + Ky () dt, t - TH o: Lv =v v y y,réelle - y, de consigne et TH = un intervalle de temps prédéterminé Kp, KD, Ks = constantes prédéterminées t = le temps v = la variation de vitesse transversale oY Vy réelle = la valeur réelle de la variation de vitesse transversale y, de consigne = la valeur de consigne de la variation de vitesse transversale, et T = une variable fonction du temps. 7. Direction additionnelle selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que la valeur de consigne de la variation de vitesse transversale. ( Vy de consigne) est déterminée comme suit, par exemple à l'aide d'un ordinateur: À 1H 1H vy, de consigne = Vx 1 X.16 VA + VxVA o Vx, vx = la vitesse longitudinale ou la variation de vitesse longitudinale, respectivement, 1H = l'espacement entre l'essieu arrière du véhicule et le centre de gravité du véhicule (S), P 1 = l'empattement du véhicule, et 6 VA' VA = l'angle de braquage ou la variation de l'angle de braquage des roues avant (3, 4), respectivement. PL. I/2 2629037 y0FIG.1 I P I* - X0 FI. 3 FIG. 2a [t j\ __ -i t FIG. 2c -20 - -30-. ____ _ _. t - 0-L5 FIG. 2c nn n n 1 n 4- -. o-1 -........ -35 I -2O0 I I 4-25 0.0 0.t.. ... ..