Brevet FR2755418A1 — publié le 19980507

L'invention concerne un dispositif de commande de l'angle de braquage (angle variable de changement d'orientation des roues directrices) pour un véhicule, dispositif qui comprend un élément de commande par l'ac- tionnement duquel l'angle de braquage est réglable en fonction de la grandeur d'actionnement coordonnée de l'élément de commande, telle que la déviation de l'élé- ment de commande ou l'effort exercé sur l'élément de com- mande. Avec les dispositifs conventionnels de ce type, utilisant un volant de direction comme élément de com- mande, le réglage de l'angle de braquage s'effectue par une transmission mécanique directe du mouvement de rota- tion du volant aux roues concernées du véhicule. Il est également connu déjà de prévoir un volant de direction, ou un autre élément de commande actionnable par l'utili- sateur, qui n'est pas couplé mécaniquement au mouvement de braquage des roues et dont l'actionnement permet le pilotage - à la place du couplage mécanique - d'une unité de réglage de l'angle de braquage ou unité de braquage qui oriente à son tour lesrouesselonl'angle de braquage voulu. De tels systèmes, possédant un élément de commande pouvant être actionné manuellement, sont décrits dans l'article de H. Bubb, "Arbeitsplatz Fahrer - Eine ergono- mische Studie", Automobil-Industrie 3/85, page 265, ainsi que dans le brevet des E.U.A. 3 022 850. Dans ce dernier, il est proposé d'amplifier en fonction de la vitesse le signal de déviation, coordonné à l'orientation de la di- rection, d'un manche à balai employé selon ce document comme élément de commande de la direction, et d'effectuer cette amplification de préférence de façon inversement proportionnelle au carré de la vitesse longitudinale, de manière qu'une déviation déterminée du manche à balai conduise, indépendamment de la vitesse longitudinale du véhicule, à une accélération transversale restant essen- tiellement la même. L'article de P. Brânneby et ai. "Improved Ac- tive and Passive Safety by Using Active Lateral Dynamic Control and an Unconventional Steering Unit", 13th Inter- national Technical Conference on Experimental Safety Ve- hicles", Proceedings tome 1, du 4 au 7.11.1991, page 224, décrit un dispositif de réglage de l'angle de braquage avec lequel une caractéristique non-linéaire de l'angle de braquage en fonction de la déviation de l'élément de commande est fournie au départ, caractéristique qui est telle que le réglage de changements relativements grands de l'angle de braquage s'effectue avec une plus haute sensibilité que le réglage de changements relativement petits de l'angle de braquage, ce qui veut dire qu'un changement donné de la déviation de l'élément de commande entraîne un plus petit changement d'angle de braquage dans la plage de petits angles de braquage que dans la plage de grands angles de braquage. En même temps, la sensibilité du réglage de l'angle de braquage est rendue variable en fonction de la vitesse du véhicule, de ma- nière qu'elle devienne plus grande lorsque la vitesse longitudinale du véhicule croît. La demande de brevet allemand soumise à l'Ins- pection Publique DE 44 03 379 A1 décrit un système de di- rection avec lequel, par l'actionnement d'un volant de direction conventionnel, le réglage de l'angle de bra- quage s'effectue selon une dépendance progressivement croissante de l'angle du volant. A mesure que la vitesse du véhicule croît, une caractéristique devenant progres- sivement plus plate de l'angle de braquage des roues du véhicule en fonction de l'angle du volant est choisie, de sorte que la sensibilité de la direction devient plus faible. Le brevet allemand DE 195 48 713 Cl, non soumis à l'Inspection Publique, décrit un dispositif de commande de l'angle de braquage, du type mentionné au début, avec lequel le réglage de l'angle de braquage s'effectue, en fonction de la grandeur d'actionnement coordonnée de l'élément de commande, avec une sensibilité devenant plus faible à mesure que le coefficient d'adhé- rence diminue et/ou que la vitesse longitudinale du véhi- cule croît. L'invention vise à procurer un dispositif de commande de l'angle de braquage, du type mentionné au dé- but, qui permette une direction sûre quant à la dynamique de marche et ergonomiquement avantageuse du véhicule, no- tamment aussi avec des éléments de commande semblables à un manche à balai à la place de volants de direction conventionnels. Conformément à l'invention, partant d'un dispo- sitif de commande de l'angle de braquage d'un véhicule, comprenant un élément de commande par l'actionnement du- quel l'angle de braquage est réglable en fonction de la grandeur d'actionnement coordonnée de l'élément de com- mande, on obtient ce résultat par le fait que le réglage de l'angle de braquage s'effectue en fonction de la gran- deur d'actionnement de l'élément de commande avec un rap- port de conversion de direction dépendant de la vitesse du véhicule, qui est constant dans une plage de vitesse inférieure, augmente dans une mesure au moins linéaire dans une plage de vitesse moyenne et augmente dans une mesure tout au plus linéaire dans une plage de vitesse supérieure. Par le terme "rapport de conversion de direc- tion" on entend le rapport du taux de variation de la grandeur d'actionnement au taux de variation de l'angle de braquage, ce qui correspond à l'inverse de la sensibi- lité du réglage de l'angle de braquage. Il est préférable que le rapport de conversion de direction augmente, pro- gressivement, plus que linéairement dans la plage de vi- tesse moyenne et augmente moins que linéairement, de fa- çon dégressive, dans la plage de vitesse supérieure. L'allure constante du rapport de conversion de direction dans la plage de vitesse inférieure a pour ef- fet que tout l'angle de braquage matériellement possible des roues est disponible à ces faibles vitesses longitu- dinales du véhicule, par exemple pour le parcage et le rangement, ainsi que pour l'exploitation de l'accéléra- tion transversale physiquement possible au maximum à la vitesse longitudinale concernée. L'allure linéaire ou plus fortement progressive du rapport de conversion de direction dans la plage de vitesse moyenne a pour effet que le braquage maximal possible des roues, correspondant à la valeur maximale de la grandeur d'actionnement, dimi- nue au fur et à mesure que la vitesse longitudinale du véhicule croît. Il est ainsi garanti que le véhicule ne réagisse pas trop brusquement à un actionnement donné de l'élément de commande et reste de ce fait contrôlable dans sa dynamique de marche. Dans la plage de vitesse su- périeure, la fraction représentée par l'angle de marche en biais (inclinaison de l'axe-pivot) dans l'angle de braquage, devient de plus en plus grande en raison de l'agrandissement du rayon minimal d'inscription en courbes. De ce fait, pour un véhicule sous-vireur, l'angle de braquage nécessaire dans une situation donnée pour prendre un virage avec un accélération transversale maximale a tendance à s'approcher, à mesure que la vi- tesse longitudinale croît, de la valeur de l'ordre de l'angle de marche en biais autorisant l'établissement d'une force latérale maximale sur les roues. Il s'avère qu'avec ce comportement, l'allure du rapport de conver- sion de direction, augmentant conformément à l'invention de façon linéaire ou plus faiblement, de manière dégres- sive, est en bonne corrélation avec une vitesse plus éle- vée du véhicule. Dans le cas d'un dispositif correspondant à un perfectionnement de l'invention, le rapport de conversion de direction converge, à mesure que la vitesse longitudinale du véhicule croit, vers une valeur maximale dont la valeur maximale coordonnée de l'angle de braquage corres- pond à la valeur de l'angle de marche en biais (inclinaison de l'anglepivot) autorisant l'établissement de la force latérale maximale sur les roues du véhicule. Avec cette disposition, le dispositif est très bien adapté à la propriété précitée selon laquelle, pour un véhicule sous-vireur, l'angle de braquage tend à s'appro- cher, à vitesse croissante, de l'angle de marche en biais autorisant l'établissement de la force latérale maximale afin de permettre le passage d'une courbe à accélération transversale maximale. D'après un autre perfectionnement d'un disposi- tif selon l'invention, le réglage de l'angle de braquage s'effectue selon une dépendance vis-à-vis de la grandeur d'actionnement de l'élément de commande, d'une façon qui croît moins qu'au carré et au moins linéairement. Cette allure de la caractéristique de l'angle de braquage à ré- gler en fonction de la grandeur d'actionnement de l'élé- ment de commande est adaptée favorablement au comportement intuitif du conducteur quant à la technique de régulation. Des modes de réalisation préférés mais non li- mitatifs de l'invention sont illustrés sur le dessin et seront décrits ci-après. Sur le dessin: - la figure 1 montre l'allure de la caracté- rique "rapport de conversion de direction en fonction de la vitesse longitudinale du véhicule" pour un dispositif de commande de l'angle de braquage comprenant un élément de commande adéquat pour une automobile; et - la figure 2 montre différentes caractéris- tiques possibles de l'angle de braquage à régler en fonc- tion de la grandeur d'actionnement de l'élément de com- mande pour le dispositif selon la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent différentes ca- ractéristiques servant à illustrer le mode de fonctionne- ment d'un dispositif réalisé selon l'invention pour commander l'angle de braquage d'une automobile, dispositif dont la construction est de type classique et ne demande donc pas à être représentée. C'est ainsi que l'on peut utiliser par exemple la construction d'un des dispositifs connus par l'état de la technique, rappelé au début, mais en concevant ou en modifiant simplement l'unité de commande pour qu'elle délivre des ordres de réglage correspondant aux caractéristiques montrées à l'unité de réglage de l'angle de braquage utilisée. En tant qu'élément de commande, le dispositif peut comporter un volant de direction ou un manche à balai qui, de préférence, n'est pas couplé mécaniquement au mouvement de braquage des roues, dont la déviation ou l'effort d'actionnement exercé sur lui sert de grandeur d'actionnement de l'élément de commande, grandeur dont la valeur détermine, en conformité avec l'angle de bra- quage à régler, les dépendances qui ressortent des ca- ractéristiques représentées. Le dispositif de commande de l'angle de bra- quage est typiquement conçu de manière que son rapport de conversion de direction LU dépende de la vitesse longitu- dinale v du véhicule selon une caractéristique particu- lière K1 représentée qualitativement sur la figure 1. Le rapport de conversion de direction LU est défini comme le rapport du taux de variation de la grandeur d'actionne- ment de l'élément de commande au taux de variation de la valeur coordonnée de l'angle de braquage, c'est-à-dire comme la grandeur inverse de la sensibilité du réglage de l'angle de braquage. Il va de soi que le rapport de conversion LU peut varier en plus en fonction de la gran- deur d'actionnement elle-même de l'élément de commande. Ainsi que cela ressort de la figure 1, le rap- port de conversion de direction LU en fonction de la vi- tesse longitudinale v du véhicule reste constamment à une valeur minimale préfixée Lmin dans une plage de vi- tesse inférieure comprise entre la vitesse nulle et un seuil de vitesse inférieur vu pouvant être préfixé. Ce rapport de conversion de direction minimal Lmin a été choisi pour que tout l'angle de braquage possible des roues du véhicule soit mis à disposition lorsque l'élé- ment de commande est actionné avec une valeur définie comme valeur maximale de la grandeur d'actionnement de l'élément de commande. Ainsi est garanti, pour cette plage de vitesse inférieure [0, vu], que tout le braquage possible des roues soit disponible aussi bien pour le parcage et le rangement que pour l'exploitation de l'ac- célération transversale maximale possible physiquement. Dans une plage de vitesse moyenne voisine, com- prise entre le seuil de vitesse inférieur vu et un seuil de vitesse supérieur vo préfixé, le rapport de conversion de direction Lii du dispositif de commande de direction augmente progressivement selon la caractéristique K1, c'est-à-dire au moins linéairement et de préférence dans une mesure plus que linéaire lorsque la vitesse longitu- dinale v du véhicule croît. Par cette disposition, on ob- tient que, dans cette plage de vitesse moyenne [vu, vo], lorsque l'élément de commande est actionné au maximum, seulement une fraction - qui diminue en fonction de la vitesse croît - du braquage maximal matériellement possible des roues est réglée chaque fois comme angle de braquage pouvant être atteint au maximum. On évite ainsi qu'à la suite d'un actionnement d'une in- tensité ou d'une ampleur déterminée de l'élément de com- mande, le véhicule réagisse, à mesure que la vitesse lon- gitudinale du véhicule croît, avec une vivacité intempes- tive. Le véhicule reste ainsi dirigeable de manière sûre quant à la dynamique de marche et peut convenablement être maîtrisé par le conducteur dans sa dynamique trans- versale, même dans cette plage de vitesse. Dans la plage de vitesse supérieure, se trou- vant au-dessus du seuil de vitesse supérieur vo et s'étendant jusqu'à la vitesse maximale vmax du véhicule, le rapport de conversion de direction LU possède, comme le montre la caractéristique K1, une allure à montée dé- gressive, c'est-à-dire que le rapport LU augmente, lorsque la vitesse longitudinale v du véhicule croît, dans une mesure inférieure à une augmentation linéaire. Lorsque la vitesse maximale vmax du véhicule est at- teinte, ce rapport converge vers une valeur maximale du rapport de conversion Lmax qui est fixée par la considé- ration suivante. Dans cette plage de vitesse supérieure [vo, vmax], le rayon de courbe encore négociable s'agran- dit avec l'élévation de la vitesse longitudinale v du vé- hicule, de sorte que la fraction représentée par l'angle de marche en biais dans l'angle de braquage devient de plus en plus grande. Cela signifie, pour un véhicule sous-vireur, que l'angle de braquage nécessaire pour prendre un virage à accélération transversale maximale tend à s'approcher, à mesure que la vitesse croît, d'une valeur de l'ordre de l'angle de marche en biais autori- sant l'établissement d'une force latérale maximale sur les roues. Il est tenu compte de ce fait dans la caracté- ristique K1 du rapport de conversion de direction, dans la plage de vitesse supérieure [vo, vmax], par son allure dégressive, par la particularité que la valeur maximale de l'angle de braquage coordonnée à la valeur maximale Lmax du rapport de conversion de direction prend, si l'élément de commande est actionné au maximum, approxima- tivement cette valeur - autorisant la force latérale maximale sur les roues - de l'angle de marche en biais. Comme disposition supplémentaire tenant compte du comportement intuitif du conducteur quant à la tech- nique de régulation, il est prévu dans le dispositif de commande de direction que l'angle de braquage LW à régler croisse linéairement ou de façon faiblement progressive avec un exposant de progression plus petit que 2, c'est- à-dire plus faiblement qu'au carré, à mesure que la va- leur de la grandeur d'actionnement BG de l'élément de commande augmente. La figure 2 montre qualitativement, à titre d'exemples, plusieurs caractéristiques utilisables. Selon une première caractéristique L1 en trait plein, une dépendance linéaire de la valeur de l'angle de braquage LW de la valeur de la grandeur d'actionnement BG de l'élément de commande a été choisie. Cette caractéris- tique Lt est seulement valable, en raison du rapport de conversion de direction LU dépendant de la vitesse qui vient d'être décrit, pour une valeur de vitesse détermi- née. Une flèche de vitesse v+ sur la figure 2 indique de quelle manière la caractéristique de l'angle de braquage valable pour une valeur de vitesse déterminée change avec la vitesse longitudinale v du véhicule. Il ressort de cette figure que la caractéristique de l'angle de bra- quage possède une allure plus aplatie à mesure que la vi- tesse longitudinale du véhicule croît, conformément à l'augmentation du rapport de conversion de direction. La figure 2 montre, par exemple, une caractéristique li- néaire Li' qui découle de la caractéristique linéaire L1 mentionnée et appartient à une valeur de vitesse plus élevée que cette dernière. De façon analogue, la figure 2 montre, comme un autre exemple possible, une caractéris- tique d'angle de braquage L2, représentée en trait dis- continu, à augmentation faiblement progressive, avec un exposant supérieur à l'unité et inférieur à deux, qui correspond à la même valeur de vitesse que la caractéris- tique linéaire alternative L1. La caractéristique L2' as- sociée à cette caractéristique L2 à augmentation faible- ment progressive, mais à la valeur de vitesse plus élevée de la caractéristique linéaire Ll', caractéristique L2' qui est également à augmentation plus faible, est repré- sentée aussi en trait discontinu sur la figure 2. La dépendance linéaire, ou seulement un plus plus forte que linéaire, de l'angle de braquage LW de la grandeur d'actionnement BG de l'élément de commande correspond, ce qui est une particularité favorable, aux modèles linéaires avec lesquels des opérateurs de dispositifs de commande et de réglage travaillent principalement pour maîtriser des problèmes de commande et de régulation et qui sont donc bien adaptés à l'attente intuitive du conducteur. Il est préférable que le dispositif de commande de direction comporte, en outre, un système convention- nel, donc non représenté en détail, de stabilisation ca- pable de générer, dans la zone limite de la dynamique de marche, des moments stabilisateurs du véhicule. La prévi- sion d'un tel système tient compte du fait que le rapport de conversion de direction décrit plus haut et variable en fonction de la vitesse peut tout à fait avoir pour conséquence, dans la zone limite de la dynamique de marche, en cas de fourniture d'une valeur de consigne, qu'en raison de l'angle limité de braquage des roues, le braquage maximal possible à ce moment puisse, à lui seul, ne pas suffire dans tous les cas à la stabilisation du véhicule. Par exemple, le système de stabilisation per- met, s'il y a un risque de dérapage de l'arrière du véhi- cule, de créer un moment stabilisateur autour de l'axe vertical du véhicule, qui compense l'effet selon lequel, avec le dispositif selon l'invention, contrairement aux directions conventionnelles à démultiplication fixe, l'angle de braquage susceptible d'être produit au maxi- mum devient de plus en plus petit à mesure que la vi- tesse croît. En tant que système de stabilisation pos- sible, on peut utiliser un système créant des moments stabilisateurs par des interventions de freinage sur des roues individuelles, tel le système que l'on connaît sous l'abréviation ESP (Elektronisches Stabilitâts-Programm). En variante ou en supplément d'un tel système de stabilisation, on peut prévoir l'agrandissement de la plage de valeurs pour la grandeur d'actionnement de l'élément de commande à mesure que la vitesse longitudi- nale du véhicule croît, de manière que, indépendamment de la vitesse longitudinale instantanée du véhicule, l'angle de braquage maximal possible matériellement puisse tou- jours être établi à peu près. Ce résultat peut être ob- tenu, par exemple dans le cas d'un élément de commande5 isométrique, o l'effort exercé sur l'élément de commande sert de grandeur d'actionnement déterminant l'angle de braquage à ajuster, en autorisant, en fonction de la vi- tesse, des efforts d'actionnement maximaux plus impor- tants. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de l'angle de bra- quage d'un véhicule, comprenant un élément de commande par l'actionnement duquel l'angle de braquage (LW) est réglable en fonction de la grandeur d'actionnement (BG) coordonnée de l'élément de commande, caractérisé en ce que le réglage de l'angle de braquage s'effectue en fonc- tion de la grandeur d'actionnement (BG) de l'élément de commande avec un rapport de conversion de direction (LU) dépendant de la vitesse du véhicule, qui est constant dans une plage de vitesse inférieure ([0, vu]), augmente dans une mesure au moins linéaire dans une plage de vi- tesse moyenne ([vu, vo]) et augmente dans une mesure tout au plus linéaire dans une plage de vitesse supérieure ([vo, Vmax]). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en outre en ce que le rapport de conversion de di- rection (LU) converge, à mesure que la vitesse longitudi- nale (v) du véhicule croit, vers une valeur maximale (Lmax) dont la valeur maximale coordonnée de l'angle de braquage correspond à la valeur de l'angle de marche en biais (inclinaison de l'angle-pivot) autorisant l'éta- blissement de la force latérale maximale sur les roues du véhicule. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre en ce que le réglage de l'angle de braquage s'effectue selon une dépendance vis-à-vis de la grandeur d'actionnement (BG) de l'élément de commande, d'une façon qui croît moins qu'au carré et au moins li- néairement.