Brevet FR2752810A1 — publié le 19980306

L'invention concerne une direction de véhicule comportant un circuit électronique de réglage pour cou- pler l'élément de commande manuelle de la direction aux roues directrices ou roues orientées du véhicule, dans laquelle un circuit d'interprétation de signaux, servant à générer un signal de consigne de l'angle de braquage, qui est connecté par une entrée à un capteur actionné par l'élément de commande manuelle de direction et qui convertit les signaux d'entrée en signaux de sortie avec une progressivité prédéterminée entre la variation de signal côté entrée et la variation de signal côté sortie, possède un filtre ou fonctionne comme un filtre qui est seulement passant, essentiellement, pour des fréquences inférieures à une fréquence de coupure. Dans les véhicules routiers habituels, l'élé- ment de commande manuelle de la direction, constitué gé- néralement par un volant, et les roues directrices du vé- hicule sont mécaniquement couplés entre eux de manière forcée, un servomécanisme étant prévu en règle générale pour diminuer les efforts manuels nécessaires. Cependant, on conçoit déjà des directions de véhicules dans lesquelles l'élément de commande manuelle de la direction et les roues directrices sont seulement couplés entre eux à travers un circuit électronique de réglage qui compare une consigne d'angle de braquage, préfixée par cet élément de commande manuelle, avec l'angle de braquage réel des roues directrices du véhi- cule et ajuste ce dernier pour qu'il soit conforme à la consigne fournie à chaque fois. De tels concepts res- semblent aux systèmes électroniques de commande que l'on connaît pour les avions. Ces systèmes, désignés par "com- mandes de vol électriques" sont entretemps devenus si sûrs qu'ils sont également appliqués en série dans les avions de transport de passagers. Les directions à circuit électronique de réglage pour coupler l'élément de commande manuelle de direction aux roues directrices du véhicule, offrent, d'une manière particulièrement simple, la possibilité de modifier le rapport de transmission entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle et la variation de l'angle de braquage des roues directrices en fonction d'un ou plusieurs paramètres. Le principe d'une telle modification est certes connu aussi pour des directions mécaniques conventionnelles, voir par exemple le document DE 41 34 390 A1. Toutefois, s'agissant d'une direction mécanique, une telle modification demande une construction relativement complexe, laquelle peut être remplacée par des opérations de calcul au cas o un circuit de réglage est prévu en tant que couplage entre l'élément de commande et les roues directrices, opérations pour lesquelles l'électronique peut sans problèmes être programmée si elle est conçue en conséquence. En fin de compte, il devient donc possible, par une faible dépense et d'une manière efficace et avantageuse, d'utiliser une faible démultiplication pour la direction lorsque la vitesse de marche du véhicule est très faible, comme cela est typique pour les manoeuvres de rangement, de sorte qu'un mouvement de faible ampleur de l'élément de commande manuelle suffit pour changer considérablement l'angle de braquage des roues orientées. Un avantage supplémentaire de directions à cir- cuit électronique de réglage pour coupler l'élément de commande manuelle de direction aux roues orientées du vé- hicule, est qu'elles permettent, relativement facilement, d'effectuer une correction automatique de la direction lorsque des forces perturbatrices inattendues, dues à du vent latéral par exemple, agissent sur le véhicule. On peut se reporter à cet égard au document DE 42 32 256 C2. Par le document DE 43 00 366 Ai, on connaît une direction de véhicule, du type indiqué au début, réalisée comme une direction auxiliaire pour les roues arrière, dans laquelle un signal de grandeur de réglage, généré par un régulateur, traverse un filtre passe-bas. Par le document DE 195 47 176 Ai, on connaît un procédé pour déterminer une grandeur de réglage, adaptée au comportement de marche effectif, dans une régulation servant à la stabilité de marche d'un véhicule et dans laquelle des filtres passe-bas sont prévus du côté de l'entrée d'un étage de circuit destiné à la génération d'un signal de consigne. Le but de l'invention est d'obtenir, dans le cas d'une direction du type indiqué au début, une haute insensibilité à l'égard de sollicitations perturbatrices de l'élément de commande manuelle de la direction. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le filtre - fonctionne à une basse fréquence de coupure lors- qu'une transmission directe pour la direction est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle de direction et la variation de l'angle de braquage des roues orientées; et - fonctionne à une haute fréquence de coupure lors- qu'une transmission indirecte pour la direction est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle de direction et la variation de l'angle de braquage des roues orientées du véhicule. Le point de départ conceptuel général de l'in- vention consiste, s'il se produit un brusque changement du signal d'entrée généré par l'élément de commande ma- nuelle et le capteur actionné par lui, à modifier le signal de sortie seulement avec une progressivité pouvant être prédéterminée - mais non pas de façon brusque - dans une mesure analogue au brusque changement du signal d'en- trée. Ceci est réalisable de manière simple par l'utili- sation du filtre mentionné. Un brusque changement de si- gnal peut être représenté (mathématiquement), en principe avec toute précision désirée, comme une superposition de très nombreux paquets d'ondes - c'est-à-dire, avec une exactitude mathématique, comme une superposition d'un nombre infiniment grand de paquets d'ondes - ayant des fréquences différentes. Ainsi, si le filtre élimine les paquets d'ondes de fréquence relativement élevée, supé- rieure à la fréquence de coupure pouvant être prédétermi- née, il devient possible de ne plus tenir compte que de paquets d'ondes de fréquences relativement basses dans la superposition, avec le résultat qu'à la place d'un brusque changement de signal, on obtient une montée ou une décroissance plus ou moins raide du signal. Le résul- tat final est que, dans le cas d'une direction de véhi- cule, on obtient une vitesse de braquage des roues direc- trices qui est diminuée par rapport à la vitesse de ma- noeuvre de l'élément de commande manuelle, et que des mouvements très rapides d'oscillation de cet élément de commande peuvent seulement entraîner des mouvements d'os- cillation relativement faibles des roues directrices du véhicule. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, le filtre est réglé sur une basse fréquence de coupure lorsque - par exemple à faible vi- tesse de marche - une faible course ou ampleur de ma- noeuvre de l'élément de commande manuelle de la direction doit entraîner, par suite d'une faible démultiplication choisie en conséquence, de grandes variations de l'angle de braquage des roues directrices du véhicule. Par contre, tant qu'une forte démultiplication est prévue entre l'élément de commande manuelle et les roues direc- trices - par exemple à vitesse de marche élevée -, le filtre fonctionne avec une haute fréquence de coupure. Dans le dernier cas, des mouvements de l'élément de com- mande manuelle sont transmis directement et sans retard notable aux roues directrices, tandis que, dans le pre- mier cas, une transmission ralentie se produit, semblable à celle qu'on peut constater avec un couplage mécanique forcé ayant une élasticité relativement grande. Un autre mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention est caractérisé en ce que, pour de faibles angles de braquage des roues orientées du véhi- cule, une transmission indirecte est prévue et, pour des angles de braquage relativement grands des roues orien- tées du véhicule, une transmission directe est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande ma- nuelle de direction et la variation de l'angle de bra- quage des roues orientées du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulièrement préféré, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une direction de véhicule du type indiqué au début, comportant un circuit d'inter- prétation de signaux selon l'invention; - la figure 2 représente un exemple de réalisa- tion du filtre à fréquence de coupure variable; - la figure 3 est un diagramme représentant le comportement de transmission du filtre; et - la figure 4 est un diagramme représentant les signaux de sortie générés par le circuit d'interprétation de signaux lors d'un brusque changement du signal d'en- trée, pour deux fréquences de coupure différentes du filtre. Selon la figure 1, un véhicule automobile, dont les autres parties ne sont pas représentées, possède deux roues avant directrices 1 qui, pour leur braquage ou orientation, sont couplées par des barres de connexion 2 à une crémaillère 3 déplaçable dans le sens transversal du véhicule; autrement dit, lorsque la crémaillère 3 est déplacée dans un sens ou dans l'autre parallèlement à son axe, les roues directrices 1 sont braquées vers la droite ou la gauche. La crémaillère 3 engrène avec un pignon 4 mû par un servomoteur 5 qui peut en principe être de n'importe quel type; dans le cas représenté, le servomo- teur 5 est un moteur électrique. Pour la manoeuvre de la direction du véhicule par le conducteur, on a prévu ce qu'on appelle aussi un volant ou guidon à cornes 6 ou un autre élément de com- mande manuelle quelconque de la direction, par exemple un volant conventionnel (non représenté). Le volant à cornes 6 est solidarisé en rotation avec un arbre 7 très court qui actionne, quant à lui, lorsque le volant 6 est tourné autour de l'axe de cet arbre, un capteur 8 qui génère un signal reproduisant l'angle de rotation du volant 6. Le capteur 8 est connecté à une entrée d'un circuit électro- nique de réglage 9 dont le côté entrée est connecté en outre à un capteur 10 pour la valeur réelle de l'angle de braquage des roues 1, ainsi qu'à d'autres capteurs pour d'autres paramètres, par exemple à un capteur 11 pour la vitesse de marche du véhicule. Le côté sortie du circuit de réglage est connecté au servomoteur électrique 5. Le système de direction selon l'invention pré- voit la modification, en fonction d'un ou plusieurs para- mètres, du rapport de transmission entre la variation de la position angulaire du volant à cornes 6 et la varia- tion de l'angle de braquage des roues directrices 1 du véhicule. Par exemple, dans une plage centrale aux envi- rons de la position de la marche en ligne droite des roues directrices 1, une transmission indirecte peut être prévue, de telle sorte que le volant 6 doit être animé de variations relativement grandes de la position angulaire pour obtenir des variations relativement petites de l'angle de braquage des roues directrices 1. Par contre, dans une plage d'angles de braquage plus grands des roues directrices 1, il peut être prévu que le système de di- rection fonctionne de manière relativement directe et que de petites variations de la position angulaire du volant 6 produisent de grandes variations de l'angle de braquage sur les roues directrices. Il peut être prévu en plus que les rapports de transmission changent aussi en fonction de la vitesse de marche, c'est-à-dire en fonction des signaux du capteur 11. La valeur de consigne de l'angle de braquage, fixée chaque fois en fonction d'un ou plusieurs para- mètres, est établie par un calculateur de consigne 9', constitué par une partie du circuit de réglage 9, à par- tir des signaux des capteurs 8 et 11 dans l'exemple re- présenté. Une particularité essentielle de l'invention est que le circuit de réglage 9 comporte un dispositif de filtrage 9" qui est seulement passant pour des fréquences inférieures à une fréquence de coupure variable en fonc- tion d'un ou plusieurs paramètres. Ce dispositif de fil- trage 9" filtre, dans l'exemple montré, les signaux de sortie du calculateur de consigne 9'. C'est seulement le signal de sortie du dispositif de filtrage 9" qui est traité dans le sens d'une comparaison de la valeur de consigne et de la valeur réelle de l'angle de braquage; autrement dit, la différence entre le signal de sortie du capteur 10 et le signal de sortie du dispositif de fil- trage 9" est déterminée pour commander le servomoteur en fonction de l'écart ainsi établi entre la valeur de consigne et la valeur réelle. La figure 3 montre le comportement de transmis- sion du dispositif de filtrage 9". La courbe Ko indique l'amplitude A d'un signal appliqué à l'entrée du disposi- tif de filtrage 9" en fonction de la fréquence f, tandis que la courbe K1 indique l'amplitude A du signal de sor- tie correspondant en fonction de la fréquence f pour une fréquence de coupure du filtre correspondant à fl. Enfin, la courbe K2 indique les conditions pour le signal de sortie à une fréquence de coupure f2 et ainsi de suite. Alors que le signal d'entrée possède la même amplitude pour toutes les fréquences, le signal de sortie a seulement une amplitude restant constante pour des fré- quences inférieures à la fréquence de coupure; au-dessus de cette fréquence de coupure, l'amplitude a pratiquement la valeur 0, ce qui revient à dire que le dispositif de filtrage est non-passant dans cette plage. Aux environs de la fréquence de coupure utilisée, l'amplitude du si- gnal de sortie décroît avec une forte pente à mesure que la fréquence augmente. La figure 4 montre les effets du dispositif de filtrage 9". La courbe SO indique, à titre d'exemple, une allure du niveau P de la valeur de consigne déterminée par le calculateur de consigne 9" en fonction du temps t. Dans l'exemple représenté, la valeur de consigne est brusquement augmentée à l'instant tl et brusquement abaissée d'une manière correspondante à l'instant t2. Les courbes S1 et S2 indiquent le signal qui en résulte à la sortie du dispositif de filtrage 9", la fréquence de cou- pure ayant la valeur fi dans un cas et la valeur f2 dans l'autre cas. On peut voir que lorsque la fréquence de cou- pure est relativement élevée, c'est-à-dire lorsqu'elle possède la valeur f2, le signal de sortie monte avec une pente relativement raide, bien qu'il ne monte pas brus- quement, s'il se produit une brusque élévation du signal d'entrée, et qu'il décroît avec une pente correspondante s'il se produit une brusque décroissance du signal d'en- trée. En revanche, si le dispositif de filtrage 9" possède une basse fréquence de coupure, la montée et la décroissance du signal de sortie sont plus aplaties. Ceci a pour conséquence, en fin de compte, que lors d'une manoeuvre ou d'un mouvement de changement de position du volant 6, le changement d'orientation des roues directrices 1 du véhicule s'effectue à une vitesse amoindrie, de sorte que le volant 6 est en quelque sorte en avance par rapport au braquage des roues directrices. Une autre conséquence est que de rapides mouvements d'os- cillation du volant 6 peuvent seulement entraîner des mouvements d'oscillation nettement amoindris des roues directrices 1 ou que ces roues ne sont pas affectées par des mouvements d'oscillation du volant 6. Le dispositif de filtrage 9" est opportunément commuté à une basse fréquence de coupure lorsque le sys- tème de direction est dans un état de fonctionnement en présence d'une transmission très directe entre les mouve- ments de rotation du volant et les mouvements d'orienta- tion des roues directrices 1, c'est-à-dire lorsque des courses angulaires relativement petites du volant 6 pro- duisent des variations d'angle de braquage relativement grandes des roues 1. Le filtre 9" peut présenter la structure mon- trée à titre d'exemple sur la figure 2 et constituant un filtre d'ordre premier. Le signal de consigne venant du calculateur de consigne 9', est envoyé à une entrée de signal 12 qui est reliée directement à une entrée d'un élément de multipli- cation 13 et, à travers une ligne de retard 14, à une en- trée d'un autre élément de multiplication 15. Les sorties des éléments de multiplication 13 et 15 sont reliées cha- cune à une entrée d'un sommateur 16 dont la sortie forme d'une part la sortie du filtre 9" et est couplée d'autre part, à travers une ligne de retard 17, à une entrée d'un élément de multiplication 18 dont la sortie est couplée à une autre entrée du sommateur 16. De plus, du côté de leurs entrées, les éléments de multiplication 13, 15 et 18 sont reliés chaque fois au côté sortie d'un élément de commutation 19, 20 ou 21. Les éléments de commutation 19 à 21 sont actionnés à travers une entrée de pilotage 22, de sorte qu'ils relient les entrées coordonnées des éléments de multiplication 13, 15 et 18, soit à des emplacements de mémoire 23', 24' et 25', soit à des emplacements de mémoire 23", 24" et 25". Les emplacements de mémoire 23', 24' et 25' contiennent des valeurs fixes cordonnées à la fréquence de coupure fi, tandis que les emplacements de mémoire 23", 24" et 25" contiennent des valeurs fixes coordonnées à la fréquence de coupure f2. Suivant que les unes ou les autres valeurs fixes sont appliquées aux entrées associées des éléments de multiplication 13, 15 et 18, le filtre 9" fonctionne donc à la fréquence de coupure fl ou à la fréquence de coupure f2. Lorsqu'une transmission directe est prévue pour des angles de braquage relativement grands des roues di- rectrices 1 et qu'une transmission indirecte entre la course de manoeuvre du volant 6 et la variation de l'angle de braquage des roues 1 est prévue pour des angles de braquage plus petits de ces roues, un signal de pilotage produisant la commutation des éléments 19 à 21, signal qui est envoyé à l'entrée de pilotage 22, peut être dérivé des valeurs réelles des angles de braquage fournies par le capteur 10. Lorsque la grandeur de l'angle de braquage dépasse un seuil donné, un signal de pilotage reliant les éléments de commutation aux emplace- ments de mémoire 23', 24' et 25' est généré. Au-dessous du seuil, le signal appliqué à l'entrée 22 produit la connexion des éléments de commutation 19 à 21 aux empla- cements de mémoire 23", 24" et 25". Lorsque les contenus des emplacements de mé- moire 23' à 25" sont calculés en ligne en fonction d'un signal de commande continu, la fréquence limite peut éga- lement être changée de manière continue. REVENDICATIONS 1. Direction de véhicule comportant un circuit électronique de réglage pour coupler l'élément de commande manuelle de la direction aux roues orientées du véhicule, dans laquelle un circuit d'interprétation de signaux, servant à générer un signal de consigne de l'angle de braquage, qui est connecté par une entrée à un capteur actionné par l'élément de com- mande manuelle de direction et qui convertit les signaux d'entrée en signaux de sortie avec une progressivité pré- déterminée entre la variation de signal côté entrée et la variation de signal côté sortie, possède un filtre ou fonctionne comme un filtre qui est seulement passant, es- sentiellement, pour des fréquences inférieures à une fré- quence de coupure, caractérisée en ce que le filtre (9") - fonctionne à une basse fréquence de coupure (fi) lorsqu'une transmission directe pour la direction est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle de direction (6) et la variation de l'angle de braquage des roues orientées (1); et - fonctionne à une haute fréquence de coupure (f2) lorsqu'une transmission indirecte pour la direction est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle de direction (6) et la variation de l'angle de braquage des roues orientées (1) du vé- hicule. 2. Direction de véhicule selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour de faibles angles de bra- quage des roues orientées (1) du véhicule, une transmis- sion indirecte est prévue et, pour des angles de braquage relativement grands des roues orientées (1) du véhicule, une transmission directe est prévue entre la course de manoeuvre de l'élément de commande manuelle de direction (6) et la variation de l'angle de braquage des roues orientées (1) du véhicule.