Brevet FR2756799A1 — publié le 19980612

Direction de véhicule L'invention concerne une direction de véhicule comprenant un organe de direction actionné par le conducteur, en particulier un volant de direction, ainsi qu'un servomécanisme à moteur associé aux roues directrices du véhicule, avec lequel l'organe de direction est relié fonctionnellement par l'intermédiaire d'un circuit d'asservissement dont le régulateur est, d'une part, raccordé côté entrée, pour la comparaison valeur de consigne-valeur réelle, à un émetteur de valeur de consigne actionné par l'organe de direction et à un émetteur de valeur réelle qui enregistre l'angle de braquage des roues directrices du véhicule et, d'autre part, relié sur son côté d'entrée à des capteurs servant à capter les forces exercées dans la direction du véhicule. Actuellement, les véhicules personnels et autres véhicules automobiles analogues sont en général équipés de servodirections hydrauliques dans lesquelles le volant de direction est accouplé positivement aux roues directrices par voie mécanique. Dans ce cas, les roues directrices du véhicule sont par ailleurs reliées cinématiquement à un servomécanisme à moteur qui est commandé en fonction des forces ou couples transmis entre le volant de direction et les roues directrices du véhicule. A cet effet, des éléments, par exemple des parties d'arbres de la liaison d'entraînement mécanique prévue entre le volant de direction et les roues directrices du véhicule, sont reliés élastiquement les unes aux autres, de sorte que les éléments ou parties d'arbres précités décrivent une course d'asservissement plus ou moins grande ou une rotation plus ou moins grande l'un par rapport à l'autre en fonction des forces ou couples qui agissent au moment considéré. Un servodistributeur qui commande le groupe de commande hydraulique est alors actionné sous l'effet de cette course d'asservissement ou de cette rotation relative. Cette course d'asservissement ou la rotation relative peut aussi commander éventuellement un servomécanisme électrique. ' 2756799 Dans les avions, il est connu de relier fonctionnellement les empennages et volets et analogues aux commandes correspondantes exclusivement par un circuit d'asservissement, l'organe de commande actionnant un émetteur de valeur de consigne et les volets et empennages actionnant un émetteur de valeur réelle et le régulateur du circuit d'asservissement traitant les signaux de l'émetteur de valeur de consigne et de l'émetteur de valeur réelle pour effectuer une comparaison entre valeur de consigne et valeur réelle et commandant des servomécanismes à moteur pour les empennages ou volets en fonction du résultat de cette comparaison. Ce principe également appelé "Fly by wire" est tellement fiable que même les avions de transport de passagers en sont équipés. En principe, il est aussi possible de prévoir des dispositifs comparables pour les directions de véhicules, ainsi que ceci ressort du document DE 42 32 256 A1, qui décrit une direction de véhicule du genre indiqué en début. Selon le document DE 42 32 256 A1, le régulateur peut aussi exécuter une intervention de direction autonome, par exemple pour contrer des perturbations dues à un vent latéral. Une autre direction du genre cité au début ressort du document DE 42 07 719 A1. Dans des directions de ce genre, le régulateur peut aussi commander un simulateur de force musculaire, de sorte que le conducteur perçoit sur l'organe de direction une résistance de direction qui varie selon les conditions de conduite. Ici, le simulateur de force musculaire peut être constitué par un moteur électrique ou encore par un groupe hydraulique, comme décrit dans le document DE 42 32 256 A1. En combinaison avec un tel groupe hydraulique, on peut trouver dans le document DE 42 07 719 A1 que le régulateur peut actionner un distributeur pour la commande du groupe hydraulique. Le document EP 0 539 823 A1 décrit un système de direction du genre indiqué au début dans lequel on ne se dispense pas entièrement d'une transmission mécanique entre l'organe de direction et les roues directrices du véhicule. Au contraire, il est simplement prévu de rendre la transmission mécanique directe inefficace dans le cas o le circuit d'asservissement travaille sans défaut, afin de réaliser, en fonctionnement normal, une cinématique de direction qui est fonction des paramètres et qui diffère de la transmission mécanique directe. Dans le cas de perturbations dans le circuit d'asservissement, la transmission mécanique directe doit au contraire entrer en action. On connaît, par le document "Messtechnische Briefe 31 (1995)", fascicule 1, pages 13 à 18, des moyeux de roues équipés de capteurs de force pour mesurer les contraintes qui se manifestent sur les véhicules pendant la marche et, de cette façon, assister la conception des trains roulants, ainsi la démonstration de la solidité lors du développement de nouveaux véhicules. Il ressort du document "Automobil-Industrie" (1991), fascicules 4/5, pages 303 à 309, une direction à diagramme caractéristique électronique pour véhicules utilitaires. Ici, la servo-assistance varie en fonction des paramètres et, à savoir, en particulier également en fonction de forces et couples agissant sur les roues du véhicule. Il est aussi connu, par les deux documents cites en dernier, de capter séparément différentes composantes de forces. Le document DE 44 22 386 C1 concerne une servodirection avec une force de réaction commandée en fonction de paramètres, cette commande pouvant s'effectuer en fonction des signaux de capteurs de pression par lesquels les forces agissant sur le servomoteur hydraulique peuvent être captées. Le document "Kraftfahrzeugtechnik" (1994), n0 11, pages 36 à 38, décrit des trains roulants actifs, dans lesquels la stabilité du véhicule au cours des manoeuvres de direction peut être améliorée par un actionnement automatique des freins de roues individuelles du véhicule, ainsi que par l'actionnement de groupes de ressorts ou de suspension commandés. Le but de l'invention est maintenant d'indiquer une disposition avantageuse pour une direction du genre indiqué au début. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le régulateur est relié, côté entrée, à des capteurs de forces ou de contraintes prévus au moins sur un support de roue des roues directrices du véhicule. L'invention repose sur le principe général consistant à capter aussi directement que possible les forces agissant sur les roues directrices du véhicule, afin que le régulateur puisse vérifier la transmission de grandeurs perturbatrices de la chaussée aux roues directrices du véhicule sans retard de temps et vérifier leur plausibilité en combinaison avec d'autres grandeurs d'entrée. De cette façon, d'une part, on peut réaliser un système à redondances multiples, les signaux redondants ou les informations redondantes tirées des signaux provenant de capteurs présentant des structures et agencements différents. Par ailleurs, il existe la possibilité avantageuse que le régulateur commande ou influence sans retard un simulateur de force musculaire en fonction de forces qui agissent sur les roues directrices du véhicule, simulateur qui doit simuler ou moduler sur l'organe de direction ou le volant de direction en fonction des conditions de conduite considérées, une force de simulation perceptible par le conducteur. Au total, sur la base de l'invention, on peut obtenir une dynamique d'asservissement extraordinairement élevée parce que toutes les forces qui agissent sur les roues directrices du véhicule peuvent être "détectées" par les capteurs solidaires des supports de roue à l'instant le plus précoce possible, avant qu'il ne se soit manifesté une plus grande variation de pression dans l'exemple d'un servomécanisme hydraulique ou que, dans le cas d'un servomécanisme électrique, il se soit manifesté une plus grande variation de force, ou que des éléments de transmission intercalés entre les roues directrices du véhicule et le servomécanisme n'aient décrit des courses ou rotation enregistrables. Avantageusement, il est prévu, en supplément d'un capteur de course, également des capteurs qui captent les forces ou couples qui agissent sur le servomécanisme. Avantageusement, le régulateur commande aussi, côté sortie, un simulateur de force musculaire qui produit ou module une résistance à la direction qui est perceptible sur l'organe de direction. Avantageusement, les unités de capteurs captent séparément différentes composantes de forces sur les supports de roues, par exemple des forces d'appui au sol des roues, des forces dans la direction de la marche et/ou des forces dans la direction transversale du véhicule. Avantageusement, il est prévu un servomécanisme hydraulique et le régulateur actionne un distributeur qui commande ce servomécanisme. Avantageusement, le régulateur actionne un servomoteur électrique. Avantageusement, le régulateur influence aussi les freins de roues. Avantageusement, le régulateur influence des groupes de ressorts et de suspension des roues qui peuvent être commandés. Avantageusement, le régulateur peut exécuter une intervention autonome sur la direction. Du reste, en ce qui concerne d'autres caractéristiques préférées de l'invention, on se reportera à la description du dessin qui va suivre, à propos des formes préférées de réalisation de l'invention. Sur ce dessin, la figure 1 est une représentation sous la forme d'un schéma de circuit d'une direction de véhicule selon l'invention comprenant un servomécanisme hydraulique; la figure 2 est une représentation correspondante d'une direction de véhicule comprenant un servomécanisme électrique; et la figure 3 est une représentation schématique du circuit d'asservissement qui agit entre le volant de direction et les roues directrices du véhicule. Selon la figure 1, un véhicule automobile qui, par ailleurs, n'est pas représenté de façon plus détaillée, possède dans l'exemple représenté deux roues directrices 1 qui sont montées chacune sur un support de roue 2 relié élastiquement à la superstructure de véhicule et qu'on peut faire pivoter autour d'un axe vertical du véhicule pour braquer les roues directrices 1. Les supports de roues 2 sont reliés par des barres d'accouplement 3 à un servomécanisme hydraulique 4 qui, dans l'exemple représenté, est constitué par un groupe piston-cylindre hydraulique à double effet. Les deux chambres hydrauliques du servomécanisme 4, qui sont séparées l'une de l'autre par le piston du servomécanisme hydraulique 4, peuvent être reliées au côté pression d'une source de pression hydraulique, d'une pompe hydraulique 8 dans l'exemple représenté, ou à un réservoir hydraulique 9 relativement sans pression, avec lequel le côté aspiration de la pompe hydraulique 8 communique aussi, par l'intermédiaire d'un distributeur 7 à commande électromagnétique. Selon la position du distributeur 7, le servomécanisme hydraulique 4 peut produire une force d'assistance dans l'un ou l'autre sens et, selon le cas, modifier ou maintenir la position établie. Un volant de direction 10 actionné par le conducteur est relié cinématiquement par voie mécanique, d'une part à un émetteur de valeur de consigne 11 dont les signaux de sortie électriques représentent la valeur de consigne de l'angle de braquage des roues directrices 1 du véhicule ou une grandeur qui est en corrélation avec cet angle, ainsi qu'à un simulateur de force musculaire 12 qui produit ou module de façon commandée une force de simulation qui est perceptible sur le volant de direction 10. Ici, le simulateur de force musculaire 12 peut être constitué, par exemple, par un moteur électrique pouvant être commandé qui tend, selon les circonstances de la conduite, à faire tourner le volant de direction 10 ou à opposer une résistance à sa rotation par le conducteur. Le simulateur de force musculaire 12 et le distributeur 7 sont actionnés par un ordinateur 13 qui travaille à la façon d'un régulateur et qui, à cet effet, est relié côté entrée, à l'émetteur de valeur de consigne 11 actionné par le volant de direction 10, ainsi qu'à d'autres capteurs qui enregistrent l'état réel de certains éléments de système de la direction du véhicule. Dans l'exemple représenté, un capteur de course 14 mesure la course de commande du servomécanisme hydraulique 4. Des capteurs de pression 15 mesurent la pression régnant dans les chambres hydrauliques 5 et 6 ou la grandeur et le signe de la différence de pression dans les chambres 5 et 6 précitées. Par ailleurs, il est prévu, sur les supports de roues 2 des unités de capteurs 16 qui enregistrent les forces ou contraintes mécaniques effectives sur les supports de roues 2 correspondants. Ici, chaque unité de capteurs 16 comprend de préférence plusieurs éléments capteurs dont chacun réagit uniquement à certaines composantes de forces ou de contraintes et, par exemple, capte la force d'appui au sol de la roue, les forces développées dans la direction longitudinale du véhicule ainsi que les forces développées dans la direction transversale du véhicule, ou des grandeurs en corrélation avec ces forces. Chaque unité de capteurs 16 peut être construite de manière à pouvoir mesurer la direction des forces dans l'espace tridimensionnel. Par exemple, l'unité de capteurs 16 peut être constituée par ce qu'on appelle un ensemble triaxial d'extensomètres qui sont disposés sur les supports de roues 2 et peuvent capter séparément des forces dans la direction longitudinale, dans la direction transversale et dans la direction verticale. De cette façon, dans chaque situation de conduite, la force d'appui au sol de la roue peut être mesurée en grandeur et en direction. Les signaux des capteurs 14 à 16 fournissent des informations à redondances multiples, de sorte que l'ordinateur 13 peut éventuellement détecter des capteurs qui travaillent de façon défectueuse. Par ailleurs, les mouvements sur les roues directrices 1 du véhicule sont captés de façon extraordinairement précoce grâce aux unités de capteurs 16, par exemple avant que le capteur de course 14 ne puisse détecter un déplacement du servomécanisme 4 ni que les capteurs de pression 15 ne puissent détecter une pression différentielle, et de ce fait une force d'assistance effective, sur le servomécanisme 4. Dans des situations de conduite critiques, qui peuvent être détectées par des capteurs correspondants, par exemple un vent latéral, du verglas, des manoeuvres d'évitement, l'ordinateur 13 peut influencer la direction par une commande correspondante du distributeur 7. Eventuellement, il peut être prévu que l'ordinateur 13 procède à des interventions de freinage sur des roues individuelles du véhicule ou sur des dispositifs commandés de suspension élastique et d'amortissement des roues. Ici, en dehors des forces d'appui au sol des roues, qui sont mesurées au moyen des unités de capteurs 16, on peut aussi prendre en considération d'autres grandeurs (par exemple les nombres de tours des roues individuelles, l'angle de braquage des roues braquées ou la course du piston du servomécanisme 4, l'accélération transversale du véhicule ou les débattements de la suspension) lorsqu'une installation de capteurs appropriée est prévue et connectée à l'ordinateur 13. Par actionnement simultané, mutuellement accordé, commandé par ordinateur, de la direction, des freins et des groupes de ressorts et de suspension, on peut obtenir un maximum de sécurité et de confort pour le conducteur. La forme de réalisation de la figure 2 ne se distingue essentiellement de la forme de réalisation selon la figure 1 que par le fait qu'en remplacement d'un servomécanisme hydraulique 4, il y est prévu un servomoteur électrique 17 qui est relié fonctionnellement par l'intermédiaire d'une transmission 18, par exemple à pignon et crémaillère, aux barres d'accouplement 3 et, de ce fait, aux supports de roues 2. En remplacement des capteurs de pression 15 prévus dans le cas du servomécanisme hydraulique 4, il peut être prévu un capteur de couple 19 qui mesure les couples qui agissent à la sortie du servomoteur 17. En remplacement, les forces agissant dans la crémaillère peuvent aussi être mesurées par l'intermédiaire du couple du pignon ou de la transmission 18 ou encore par l'intermédiaire de l'appel de courant électrique du moteur électrique 17. Dans l'exemple de la figure 2, l'ordinateur 13 commande - en supplément du simulateur de force musculaire 12, comme cela est aussi prévu dans le cas de la figure 1 - le servomoteur électrique 17 en fonction des signaux de l'émetteur de valeur de consigne 11 ainsi que des capteurs ou des unités de capteurs 15, 16 et 19. Selon la figure 3, un servomécanisme 4 ou un servomoteur 17 est actionné directement ou indirectement par les signaux de sortie de l'ordinateur 13, cet actionnement déterminant un déplacement des roues directrices 1 du véhicule, ainsi que des éléments de transmission interposés entre le servomécanisme 4, ou le servomoteur 17, et les roues directrices 1 du véhicule, ou leurs supports de roues 2, par exemple, les barres d'accouplement 3. Ceci est "détecté" par différents capteurs qui travaillent en fonction de la course et de la force, et transmis à l'ordinateur 13. Les capteurs 16 peuvent être constitués, par exemple, par des extensomètres. REVENDICATIONS 1. Direction de véhicule comprenant un organe de direction actionné par le conducteur, en particulier un volant de direction, ainsi qu'un servomécanisme à moteur associé aux roues directrices du véhicule, auquel l'organe de direction est relié fonctionnellement par l'intermédiaire d'un circuit d'asservissement dont le régulateur est, d'une part, raccordé côté entrée, pour la comparaison valeur de consigne- valeur réelle, à un émetteur de valeur de consigne actionné par l'organe de direction et à un émetteur de valeur réelle qui enregistre l'angle de braquage des roues directrices du véhicule et, d'autre part, relié sur son côté d'entrée à des capteurs servant à capter les forces exercées dans la direction du véhicule, caractérisée en ce que le régulateur (13) est relié, côté entrée, à des capteurs de forces ou de contraintes (16) prévus sur au moins un support de roue (2) des roues directrices (1) du véhicule. 2. Direction de véhicule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu, en supplément d'un capteur de course (14), également des capteurs (15, 19) qui captent les forces ou couples qui agissent sur le servomécanisme (4, 17). 3. Direction de véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le régulateur (13) commande aussi, côté sortie, un simulateur de force musculaire (12) qui produit ou module une résistance à la direction qui est perceptible sur l'organe de direction (10). 4. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les unités de capteurs (16) captent séparément différentes composantes de forces sur les supports de roues (2), par exemple des forces d'appui au sol des roues, des forces dans la direction de la marche et/ou des forces dans la direction transversale du véhicule. 5. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu un servomécanisme hydraulique (4) et que le régulateur (13) actionne un distributeur (7) qui commande ce servomécanisme. 6. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le régulateur (13) actionne un servomoteur électrique (17). 7. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le régulateur (13) influence aussi les freins de roues. 8. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le régulateur (13) influence des groupes de ressorts et de suspension des roues qui peuvent être commandés. 9. Direction de véhicule selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le régulateur (13) peut exécuter une intervention autonome sur la direction.