Brevet FR2648776A1 — publié le 19901228

La présente invention concerne une direction assistée pour véhicule automobile, du type comprenant une pompe hydraulique qui est entraînée par un moteur électrique et qui peut être reliée, par l'intermé- diaire de conduites hydrauliques et à l'aide d'une valve de commande, à au moins une chambre de travail d'un cylindre hydraulique accouplé à une direction mécanique, en vue d'assister cette direction, la puissance four- nie au moteur électrique étant commandée par un signal dépendant de la vitesse du véhicule. Par le document DE-A 3 100 067, on connaît une direction assis- tée du type indiqué ci-dessus, dans laquelle, bien que la puissance élec- trique soit fournie au moteur électrique d'une manière dépendante de la vitesse, cela ne se produit toutefois que dans le cas o la direction est manoeuvrée. Bien que, par comparaison avec une direction assistée dans laquelle la pompe est entraînée de manière permanente, la direction assis- tée connue offre l'avantage d'une économie d'énergie, elle n'est pas capable, en cas de besoin soudain, de fournir rapidement sa puissance totale d'asservissement. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir une direction assistée du type précité, pour véhicule automobile, qui se caractérise par une faible consommation d'énergie, par un faible échauffement du moteur électrique et par un temps de réponse extrêmement court, tout en étant en même temps d'une structure simple. A cet effet, l'invention a pour objet une direction assistée pour véhicule automobile, du type précité, caractérisée en ce que l'alimen- tation du moteur électriqueen puissance électrique est interrompue au- dessus d'un premier seuil de vitesse, en ce que, au-dessous de ce premier seuil de vitesse, le moteur électrique est actionné à puissance réduite et en ce que, au-dessous d'un second seuil de vitesse du véhicule qui est inférieur au premier seuil de vitesse du véhicule, la puissance électrique totale est alors fournie au moteur électrique si l'assistance hydraulique est activée. Grâce à la solution conforme à l'invention, le moteur électrique est mis à l'arrêt aux vitesses élevées, ainsi que cela est par exemple courant en dehors des agglomérations. Dans l'intervalle de vitesses se présentant habituellement dans la circulation urbaine, la pompe est mise en service dans le mode dit "stand-by", ce qui, d'une part, économise de l'énergie électrique, tandis que, d'autre part, la température du fluide hydraulique ne s'élève pas d'une manière excessive, ce qui a un effet favorable sur la durée de vie des pièces concernées et sur le rendement d'ensemble. Dans l'intervalle de vitesses situé au-delà d'à peu près 20 km/h, le moteur électrique est aussi mis en service dans le mode "stand- by"; toutefois, si un besoin élevé de puissance hydraulique apparenaît soudainement, celui-ci peut être satisfait après un temps de réponse extré- mement court, étant donné que, étant déjà en rotation, la pompe est capable de fournir sa puissance totale en une période de temps très courte. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, l'assistance hydraulique ne peut être activée qu'après qu'un seuil de couple de braquage fixé à l'avance ait été dépassé, de sorte que le moteur électrique ne monte en puissance qu'en présence d'un besoin minimal d'assistance. Cela améliore encore l'effet d'économie d'énergie, ce qui réduit bien entendu aussi l'émission de bruits. Une batterie à borne médiane, ou un bloc-batterie constitué de deux batteries, convient par exemple pour fournir la puissance au moteur électrique. Dans l'intervalle intermédiaire de vitesses, c'est la tension d'une seule batterie qui est prélevée, tandis que, dans le cas d'un besoin élevé de puissance, pour une faible vitesse du véhicule, les deux batteries sont connectées en série. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique comporte deux enroulements d'excitation qui peuvent être alimentés en courant en fonction de la vitesse. Si la direction assistée doit fonctionner avec une batterie classique de véhicule et avec un moteur électrique à une seule vitesse, une commande par impulsions et intervalles à cadence appropriée convient pour obtenir une réduction de tension à pertes particulièrement faible& D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure I représente un mode de réalisation de l'invention comportant une valve de commande accouplée à l'arbre de direction par l'intermédiaire d'un élément élastique emprisonné, la figure 2 représente un circuit de commande prévu pour le moteur électrique de la pompe hydraulique, la figure 3 représente un autre circuit de commande, les figures 4, 6 et 7 représentent un dispositif de commande prévu pour le moteur électrique, la figure 5 est un graphe de la vitesse en fonction du couple pour un moteur électrique à courant continu et la figure 8 représente un graphe de la puissance en fonction du temps au cours d'une opération de manoeuvre de la direction. La figure 1 représente une direction dans laquelle le déplace- ment relatif entre l'arbre de direction 2 et le carter 3 de celui-ci est utilisé pour actionner le tiroir de commande 1 de la valve de commande. A cet effet, le carter 3 du mécanisme de direction est fixé rigidement sur la carrosserie du véhicule; le mécanisme de direction est réalisé sous la forme d'un mécanisme crémaillère-secteur denté à denture hélicoïdale. Le tronçon 4 de l'arbre de direction 2 qui porte le secteur denté 5 d'entras- nement est disposé à l'intérieur du carter 3 de manière à pouvoir être déplacé axialement. Cette possibilité de déplacement axial s'obtient par le fait que la bague extérieure d'un roulement à billes 6 fixé axialement sur l'arbre de direction est guidée de manière à pouvoir se déplacer en trans- lation sur une surface de glissement, entre des butées 7 et 8. Le tronçon 4 de l'arbre de direction 1 est relié de manière pivotante à l'organe de liaison 9 qui est maté, en forme de cuvette, sur l'extrémité 10 de ce tronçon 4 qui a une forme sphérique. Une vis 11 est vissée dans cet organe de liaison 9, cette vis 11 prenant appui sur le tiroir de commande 1 et étant reliée au carter 3 en étant soumise à une précontrainte élastique par l'intermédiaire d'un élément élastique 12 emprisonné. Afin de compenser la course axiale du tronçon 4 de l'arbre de direction, ce dernier est relié au volant de direction par l'intermédiaire d'un dispositif de compensation. Si le conducteur tourne le volant de direction dans un sens, le déplacement en rotation du secteur denté 5 d'entraînement est transformé en un déplacement axial de la crémaillère 14. Grâce h la denture hélicoïdale, une composante axiale de force du tronçon 4 agit en fonction du sens de rotation du volant de direction, en provoquant un déplacement axial de ce tronçon jusqu'à ce que la bague extérieure du roulement à billes 6 vienne en appui soit sur la butée 7, soit sur la butée 8. De cette manière, une action dépendant du sens de manoeuvre du volant agit sur le tiroir de commande 1. D'une manière connue, ce tiroir de commande 1 régule l'appli- cation d'une pressiondans un cylindre de travail (non représenté) compor- tant un piston différentiel et accouplé à la direction mécanique. Ce tiroir de commande 1 régule la liaison entre le raccord de pompe 15, la chambre du cylindre de travail qui comporte la surface d'application de pression la plus grande (raccord de chambre 16) et le réservoir sans pression (raccord de réservoir 17). La figure 2 représente schématiquement un circuit de commande du moteur électrique de la pompe. L'arbre de direction 2 se termine par un secteur denté de direction auquel est accouplé un cylindre hydraulique et auquel est intégrée une valve de commande, à peu près d'une manière confor- me à la figure 1. Sur la valve de commande ou sur le secteur denté d'entraînement, il est prévu un capteur de course dont le signal est envoyé à un dispositif électronique de commande 21 par l'intermédiaire d'une liai- son 20. Par ailleurs, les signaux d'un capteur de vitesse de braquage et/ou de couple de braquage 22 et d'un capteur 23 de vitesse du véhicule sont prévus pour fournir le signal d'entrée du dispositif électronique de commande 21, le capteur 23 de vitesse du véhicule étant constitué par un tachymètre électronique ou, s'il en est prévu, par les capteurs de roues d'un système de freinage antiblocage. Le dispositif électronique de com- mande 21 peut être relié à la batterie par l'intermédiaire de la serrure de contact et il est raccordé au moteur électrique du groupe moteur-pompe 25 par l'intermédiaire d'un câble 24. Le dispositif électronique de commande 21 actionne le moteur électrique en fonction de la vitesse, du couple de braquage et/ou de la vitesse de braquage, soit d'une manière qui peut varier de façon continue, soit, ainsi que cela est prévu dans le cas d'un mode de réalisation préféré de l'invention, d'une manière discontinue en fonction de seuils marquants de la vitesse du véhicule. Si le capteur 23 de vitesse du véhicule indique une vitesse supérieure à 65 km/h, l'alimentation du moteur électrique en courant est interrompue. Etant donné toutefois que, dans le cas de telles vitesses, le couple de braquage est la plupart du temps si faible que le tiroir de commande soumis à une précontrainte n'actionne pas l'assistance hydrauli- que, on peut aussi envisager que le signal de sortie soit produit par le capteur de course situé sur ce tiroir de commande ou sur le secteur denté d'entraînement. Ceci offrirait l'avantage supplémentaire que, par exemple dans le cas de courbes très allongées d'autoroute qui présentent une cour- bure relativement faible, l'assistance hydraulique pourrait aussi être actionnée même à des vitesses supérieures à 65 km/h. Dans l'intervalle de vitesses compris entre 20 et 65 km/h, le moteur repasse dans le mode qu'il est convenu d'appeler "stand-by". Le moteur augmente sa puissance si, dans cet intervalle de vitesses, le débit des pompes, qui tournent lentement, ne suffit pas. Cette situation est détectée par le capteur de course ou par le capteur de vitesse de braqua- ge. Si par exemple, en faisant tourner le volant, le conducteur le tire fortement dans cet intervalle de vitesses, le moteur électrique augmente sa vitesse de façon à rendre disponible un volume de fluide hydraulique qui ' soit suffisamment important. Si dans cet intervalle de vitesses, le débit de la pompe qui tourne lentement est suffisant, le moteur reste dans le mode "stand-by". A une vitesse inférieure à 20 km/h, le moteur électrique reste dans le mode stand-by jusqu'à ce que commence une manoeuvre de direc- tion. Lorsque les capteurs détectent un tel mouvement de direction, le dispositif électronique de commande 21 commute immédiatement en puissance maximale. Le graphe vitesse/couple représenté à la figure 5 illustre la montée en puissance du moteur électrique du mode stand-by jusqu'à sa puis- sance totale, alors que la direction est manoeuvrée dans un intervalle de vitesses inférieur à 20 km/h. Si, dans l'intervalle de vitesses compris entre 20 km/h et 65 km/h, une énergie hydraulique supérieure à celle four- nie par la pompe dans le mode stand-by est nécessaire, sa puissance est aussi élevée à partir du mode stand-by, cependant sans aller jusqu'à la puissance totale, mais au contraire, ainsi que cela est indiqué en trait interrompu, jusqu'à une valeur comprise entre le "stand-by" et 100%. La figure 3 représente schématiquement la commande d'un moteur qui s'effectue en fonction de la vitesse du véhicule, de la vitesse de braquage et de la consommation de courant du moteur électrique. Etant donné que, lorsqu'une pression est appliquée sur le cylindre de travail, la char- ge de la pompe croit, la consommation de courant du moteur augmente aussi dans ce cas. Cette consommation de courant constitue donc aussi un indica- teur du couple de braquage. Le capteur de courant peut donc remplir la fonction du capteur de course prévu sur le tiroir de commande ou sur le secteur denté d'entraînement conformément à la figure 2, ce qui simplifie ainsi la structure de l'ensemble de la direction assistée, étant donné qu'un capteur de courant peut sans difficulté être intégré dans le circuit électrique de commande, alors que, en plus de son montage, un capteur de courant nécessite aussi une liaison électronique supplémentaire entre la partie hydro-mécanique et la partie électrique. La régulation de la comman- de du moteur électrique s'effectue suivant le même principe que dans le cas de la réalisation de la figure 2. Une réduction de tension se produisant dans le circuit électri- que de commande du moteur électrique sous l'effet d'une commande par impul- sions et intervalles à cadence appropriée peut s'effectuer d'une manière dans laquelle les pertes sont particulièrement faibles, en utilisant comme commutateur électronique ce qu'il est convenu d'appeler un transistor métal-oxyde-semiconducteur à effet de champ, ou transistor MOS à effet de champ, de puissance. Un circuit de ce type est représenté schématiquement à la figure 4. Le transistor MOS à effet de champ 27 de puissance et le résistor-capteur de courant 26 sont branchés en série dans l'alimentation de courant du groupe moteur-pompe 25. La diminution de tension entre les bornes du résistor-capteur de courant 26, qui est proportionnelle au courant du moteur, est appliquée, par l'intermédiaire d'un filtre 28, sur un comparateur 29 qui compare la tension réelle à une tension de réfé- rence. En fonction du signal de sortie de ce comparateur, l'interrupteur constitué par le transistor MOS à effet de champ 27 de puissance est rendu passant/bloquant de manière pulsée, grâce à une commande 30, ou bien il est placé de manière permanente dans son état passant. Si la diminution de tension sur le résistor-capteur de courant 26 est inférieure à la tension de référence, le moteur 25 est mis en marche en régime pulsé et, si la tension excède la tension de référence, ce moteur est maintenu en marche de manière permanente. Afin d'assurer un fonctionnement sûr du comparateur 29, ce dernier possède une hystérésis. Conformément à la figure 6, le signal de tension, proportionnel au courant du moteur, est prélevé sur le résistor 26 pour être appliqué à deux comparateurs. Le comparateur K1 commute de la commande par impulsions et intervalles (stand-by) h la commande permanente lorsque la tension réelle excède la tension de référence URefl associée à ce comparateur Ki. Si, après une manoeuvre de direction, la tension réelle devient infé- rieure h la tension de référence URef2 associée au comparateur K2, le fonctionnement est à nouveau commuté en stand-by. Les deux comparateurs travaillent en fonction du sens de manoeuvre, étant donné que, dans le cas contraire, il existerait un état indéfini entre les deux valeurs de seuil de tension. A cet égard, la figure 8 représente un graphe courant-temps sur lequel est schématisée une manoeuvre de direction. Au début du braquage, le couple de braquage nécessaire augmente, ce qui fait ainsi croître le courant. Pour une valeur déterminée de courant, la diminution de tension réelle entre les bornes du résistor-capteur de courant 26 a une première valeur qui excède la première tension de référence URefl et le moteur est donc commandé à une puissance plus forte. Si, une fois la manoeuvre de direction terminée, le couple moteur diminue, il est prélevé, entre les bornes du résistor-capteur de courant 26, une tension réelle qui est infé- rieure à la seconde tension de référence URefl. Le moteur électrique n'est donc entrainé qu'à la puissance stand-by. A la figure 6, il est indi- qué schématiquement dans le circuit de commande 30 le mode de commande par impulsions et intervalles qui est prévu en mode stand-by. Le fonctionnement permanent du moteur est représenté au-dessus. Par rapport à ce qui a été dit ci-dessus, le circuit de la figure 4 se distingue par le fait que, en plus de la vitesse du véhicule, il peut être prévu un fonctionnement par impulsions et intervalles dont la commutation se fait d'une manière variable ou d'une manière étagée. On peut donc adapter n'importe quelle caractéristique voulue entre l'arrêt du moteur et sa marche permanente. REVENDICATIONS 1. Direction assistée pour véhicule automobile, du type compre- nant une pompe hydraulique qui est entraînée par un moteur électrique (25) et qui peut être reliée, par l'intermédiaire de conduites hydrauliques et à l'aide d'une valve de commande, à au moins une chambre de travail d'un cylindre hydraulique accouplé à une direction mécanique (4-14), en vue d'assister cette direction, la puissance fournie au moteur électrique étant commandée par un signal dépendant de la vitesse du véhicule, caractérisée en ce que l'alimentation du moteur électriqueen puissance électrique est interrompue au-dessus d'un premier seuil de vitesse, en ce que, au-dessous de ce premier seuil de vitesse, le moteur électrique est actionné à puis- sance réduite et en ce que, au-dessous d'un second seuil de vitesse du véhicule qui est inférieur au premier seuil de vitesse du véhicule, la puissance électrique totale est alors fournie au moteur électrique si l'assistance hydraulique est activée. 2. Direction assistée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'assistance hydraulique n'est activée qu'après qu'un seuil de couple de braquage ait été franchi. 3. Direction assistée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la puissance réduite est obtenue à l'aide d'une prise intermé- diaire de batterie. 4. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- r tions précédentes, caractérisée en ce que le moteur électrique (2') tomporte différents enroulements d'excitation qui peuvent être commandés en fonction de la vitesse. 5. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la commande du moteur électrique s'effectue à l'aide d'une commande par impulsions et intervalles dans laquelle la cadence et/ou la fréquence sont variables en fonction de la vitesse. 6. Direction assistée suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'un transistor(27)métal-oxyde-semiconducteur à effet de champ, de puissance, et un résistor-capteur de courant(26) sont prévus dans le circuit électrique d'alimentation de puissance pour permettre la commande par impulsions et intervalles. 7. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'un déplacement, provoqué par la force de braquage, d'une pièce (4)de lacdixectin mën=q qui est montée de façon h pouvoir se déplacer par rapport à la carrosserie du véhicule et qui est soumise à une précontrainte élastique sert à actionner la valve de commande. 8. Direction assistée suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'un élément élastique emprisonné (12) est pné pour permettre la précontrainte élastique. 9. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le premier 3euil de vitesse de véhicule est à environ 65 km/h, tandis que le second seuil de vitesse de véhicule est h environ 20 km/h. i- 10. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la puissance électrique fournie au moteur électrique dépend d'une ou plusieurs des grandeurs d'état de fonctionnement suivantes: a) vitesse de braquage et/ou accélération de braquage, b) couple de braquage, c) course de la valve de commande ou course d'une pièce de la direction mécanique qui peut être déplacée en fonction de la force de braquage, d) pression et/ou variation de pression, e) courant et/ou variation de courant, f) vitesse de rotation ou variation de vitesse de rotation. 11. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la variation, en fonction de la vitesse, de la puissance fournie au moteur électrique est continue. 12. Direction assistée suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la variation, en fonction de la vitesse, de la puissance fournie au moteur électrique provient d'une varia- tion discontinue de la puissance en fonction de vitesses marquantes du véhicule.