Brevet FR2761329A1 — publié le 19981002

PROCEDE DE COMMANDE D'UNE DIRECTION ASSISTEE ELECTROHYDRAULIQUE L'invention concerne un procédé de commande d'une direction assistée électrohydraulique pilotée électroniquement, pour véhicule automobile, destiné à réduire la consommation électrique du groupe électropompe lors des manoeuvres de braquage du véhicule. Il existe actuellement trois types d'assistance de direction d'un véhicule automobile, de technologies différentes. Tout d'abord, les systèmes de direction hydraulique classique sont composés d'une valve hydraulique, d'une pompe hydraulique entraînée par le moteur du véhicule par l'intermédiaire d'une courroie, de tuyaux et d'un vérin à double effet accouplé à la crémaillère de direction. L'entraînement de la pompe par le moteur thermique permet le montage d'un tel système sur les véhicules lourds, tels que les camions. Cependant, cette solution présente plusieurs inconvénients, en particulier, une surconsommation du véhicule non négligeable due au fait que la pompe est toujours entraînée par le moteur thermique. De plus, le montage des tuyaux hydrauliques et l'intégration mécanique du système, qui n'est pas modulaire, sont complexes. L'enrichissement de la prestation, pour obtenir une direction à assistance variable (D.A.V.) en fonction de la vitesse du véhicule, conduit à des solutions compliquées et coûteuses. Il existe également des systèmes de direction assistée électrique, composées d'un moteur électrique, généralement d'un embrayage, d'un réducteur, d'un capteur de couple, de circuits électroniques de pilotage et de contrôle du moteur électrique. Ces derniers permettent une réduction de la consommation globale du véhicule, car le système ne consomme que lors des sollicitations de la direction par le conducteur, et permettent également de proposer facilement une direction à assistance variable, peu coûteuse. Ces systèmes présentent essentiellement deux inconvénients dus tout d'abord à la difficulté de les intégrer sur n'importe quel véhicule, compte-tenu de leur non modularité, et ensuite à la dégradation du rappel volant. L'invention est relative au troisième type d'assistance de direction hydraulique utilisant un groupe électropompe. Un tel système comporte les mêmes éléments hydrauliques qu'une direction hydraulique classique, comme le montre la figure 1, c'est-à-dire une valve rotative 1 montée sur la colonne de direction 2 aboutissant au volant, une direction à crémaillère 3, accouplée à un vérin d'assistance 4, des tuyaux 5 d'alimentation d'huile sous haute pression vers la valve rotative et des tuyaux 6 de retour d'huile sous basse pression vers le réservoir de la pompe 7, à engrenages ou à palettes, par exemple, mais celle-ci est entraînée par un moteur électrique 8 alimenté par le réseau électrique du véhicule, et constituant avec la pompe un groupe électropompe. Les principaux avantages de ce système résident dans la facilité d'intégration du groupe électropompe sous le capot moteur des véhicules, dans la possibilité de piloter le groupe électropompe pour réduire sa consommation électrique et pour réaliser une assistance variable (D.A.V.). La demande de brevet français publiée sous le nO 2 720 447 au nom de MERCEDES-BENZ concerne une stratégie de pilotage du groupe électropompe d'une direction assistée hydraulique, permettant de réduire la consommation électrique à partir d'une information interne au moteur comme sa résistance interne ou la chute de tension électrique dans le moteur. Cette solution permet de réduire la puissance consommée en ligne droite lorsque la direction n' est pas sollicitée par le conducteur, mais présente l'inconvénient de ne pas réduire la puissance consommée pendant les manoeuvres de braquage du véhicule. La présente invention propose d'optimiser la puissance hydraulique délivrée par le groupe électropompe fournissant seulement le débit utile a l'assistance en braquage, par pilotage de la tension d'alimentation du groupe électropompe en fonction de la sollicitation de la direction par le conducteur et éventuellement d'autres informations comme la vitesse du véhicule, par exemple, cette tension d'alimentation étant réduite lorsque le véhicule se déplace en ligne droite. Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de commande d'une direction électrohydraulique pour véhicule automobile, constituée par un groupe électropompe piloté électroniquement, et comprenant un circuit hydraulique dont une partie est réalisée par des tuyaux souples, caractérisé en ce que la tension d'alimentation Um du groupe électropompe est pilotée en fonction des sollicitations de la direction, de sorte que, pendant la phase transitoire de montée en pression du circuit hydraulique débutant à partir de la détection d'une sollicitation de la direction, par passage de la pression P du circuit hydraulique d'une valeur minimale Pmin à une valeur de seuil P1 supérieure à Pmin, la tension d'alimentation Um du groupe électropompe passe d'une valeur de veille Umin à une valeur maximale Umax assurant le gonflement des tuyaux, et en ce que, après cette phase transitoire, la tension d'alimentation Um décroît vers une valeur optimale UOP correspondant à un débit de la pompe hydraulique assurant l'assistance de la direction jusqu'à une vitesse maximale S1 de rotation du volant du véhicule, avant de reprendre sa valeur de veille Umin après la fin de la sollicitation de la direction. Selon une autre caractéristique, le procédé de commande selon l'invention est tel que la tension d'alimentation du groupe électropompe passe de la valeur maximale à la valeur optimale après la phase de montée en tension du circuit hydraulique, soit selon un échelon de tension, soit selon une courbe de décroissance progressive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation illustré par les figures suivantes qui sont, outre la figure 1 déjà décrite, qui est un schéma d'un système d'alimentation hydraulique pour direction assistée électrohydraulique - la figure 2 : le synoptique d'un groupe électropompe piloté pour direction assistée électrohydraulique - la figure 3 : des caractéristiques du groupe électropompe relatives au débit en fonction de la pression, pour deux tensions d'alimentation - la figure 4 : une caractéristique du groupe électropompe relative à la pression d'assistance en fonction du débit hydraulique - la figure 5a : la courbe de variation de la tension d'alimentation d'un groupe électropompe piloté, pour direction assistée électrohydraulique lors d'une manoeuvre de braquage du véhicule - la figure 5b : la courbe de variation de la pression dans le circuit hydraulique d'un groupe électropompe piloté lors d'une manoeuvre de braquage du véhicule - la figure 6a : la courbe de variation de la tension d'alimentation d'un groupe électropompe de direction assistée pilotée selon l'invention, lors d'une manoeuvre de braquage du véhicule - la figure 6b : la courbe de variation de la pression dans le circuit hydraulique d'un groupe électropompe, piloté selon l'invention - la figure 7 : la courbe de variation de la puissance consommée, sur un profil de braquage, sans et avec le procédé selon l'invention. Le synoptique de la figure 2 montre un groupe électropompe 9 de direction électrohydraulique assistée, piloté par un circuit électronique 10 prenant en compte une ou plusieurs informations supplémentaires, telles que la vitesse du véhicule Vv, et alimenté électriquement par le réseau électrique du véhicule délivrant une tension Ualim. Ce groupe électropompe est relié à un réservoir 11 contenant de l'huile qu'il envoie vers une valve 12, cette dernière répartissant l'huile vers un vérin 13. Une première solution actuellement proposée pour réduire la consommation électrique du groupe électropompe consiste à mesurer le courant Im n consommé par le moteur du groupe, ce courant étant l'image de la pression dans le circuit hydraulique, donc de la sollicitation de la direction par le conducteur. La détection des variations de ce courant et leur comparaison à des seuils de déclenchement permettent de gérer le passage d'un état de faible puissance à un état de puissance élevée et vice-versa, obtenu par modulation de la tension d'alimentation aux bornes du moteur électrique. Les seuils de déclenchement peuvent être auto-adaptatifs de manière à prendre en compte les variations lentes du système d'assistance de direction, dues à la viscosité de l'huile, à la température de l'huile et à celle du moteur, etc ... . Une seconde solution consiste à compléter le mode de pilotage précédent en prenant en compte une ou des informations supplémentaires, telles que la vitesse du véhicule. La figure 3 est un exemple de caractéristiques du groupe électropompe relatives aux variations du débit Q en fonction de la pression P d'huile pour une puissance faible Pf délivrée et pour une puissance élevée Pe correspondant à deux tensions d'alimentation du groupe électropompe, une tension minimale Umin quand les roues sont dans l'axe du véhicule pour réduire le temps de réponse du procédé, lors d'une sollicitation de la direction d'une part et pour créer une pression minimale dans le circuit hydraulique, dont on mesure les variations d'autre part, et une tension maximale Umax quand la direction est sollicitée. Une sollicitation de la direction par le conducteur se traduit par le passage d'un point de fonctionnement A sur la courbe Pf de puissance faible, correspondant à un déplacement du véhicule en ligne droite, à un point de fonctionnement en B sur la courbe Pe correspondant à une manoeuvre de braquage du véhicule. Lors d'une telle manoeuvre de braquage par le conducteur nécessitant une assistance de la direction, une première phase, transitoire, se produit correspondant à une montée en pression du circuit hydraulique entraînant le gonflement des tuyaux souples, ce qui provoque un appel de débit supplémentaire à celui réellement demandé pour fournir la prestation. Ces tuyaux souples sont utilisés pour répondre à des contraintes acoustiques visant à réduire les bruits parasites dans les véhicules automobiles. Le groupe électropompe est dimensionné de façon à obtenir, sous la tension d'alimentation Ualim, le débit maximum, soit le débit nécessaire ajouté au débit occasionné par le gonflement des tuyaux, permettant d'assurer un comportement correct de l'assistance, sans effet de mur, c'est-à-dire sans diminution du niveau d'assistance lors des phases transitoires. En dehors de ces phases transitoires, soit en braquage quand la direction est sollicitée, une fois obtenu le gonflement des tuyaux, seul le débit demandé par le vérin d'assistance est nécessaire, la fourniture du débit correspondant au gonflement des tuyaux induisant alors une consommation électrique du moteur supplémentaire inutile. Aussi, à une pression donnée, le groupe électropompe fournit un débit qui peut être décomposé en deux termes - un débit utile correspondant au débit demandé par le vérin dans un circuit hydraulique rigide, - un débit nécessaire au gonflement des tuyaux souples en haute pression pendant les phases transitoires de montée en pression du circuit hydraulique. Sur la caractéristique du groupe électropompe relative aux variations de la pression d'assistance P en fonction du débit Q, proportionnel à la vitesse de rotation n du volant (figure 4), le point de fonctionnement C correspond à un groupe électropompe dont le circuit hydraulique est rigide, alimenté sous une tension UOP obtenu en réalité après gonflement des tuyaux souples, répondant au cahier des charges établi en terme d'assistance de la direction et permettant une assistance du conducteur jusqu'à une valeur maximale de la vitesse du volant déterminée pour fournir une prestation correcte au client et correspondant à un débit Q(1). Le point de fonctionnement D correspond à un groupe électropompe alimenté sous une tension maximale Umax qui peut être égale à la pression d'alimentation Ualim, ayant un circuit hydraulique standard, avec une partie en tuyaux souples répondant aux mêmes spécifications que précédemment. Ce point de fonctionnement permet une assistance jusqu'à une valeur maximale n2 de la vitesse du volant, supérieure à la valeur précédente n1, correspondant à un débit Q(n2). La différence de débit Q(R2)-Q(R1) existant entre les deux points de fonctionnement permet d'assurer le gonflement des tuyaux, lors des transitions, sans effet de mur. La figure 5a est la courbe de variations temporelles de la tension d'alimentation Um d'un groupe électropompe, piloté lors d'une sollicitation de la direction, et la figure 5b est la courbe de variations temporelles de la pression P de l'huile dans le circuit hydraulique d'assistance de la direction. En l'absence de sollicitation du volant, la tension U m a une valeur minimale Umin, non nulle, servant de tension de veille. En raison d'une sollicitation du volant, la pression P croît à partir de sa valeur minimale Pmin et son passage par une valeur P1 de seuil déterminée, à un instant t1, provoque la montée de la tension Um à une valeur maximale Umax, supérieure à Umin, destinée à faire monter la pression P à une valeur maximale Pmax. L'intervalle de temps séparant l'instant t1 de détection de la sollicitation du volant et l'instant t2 correspond à la phase transitoire de gonflement des tuyaux. Cette valeur maximale Umax peut être égale à la tension d'alimentation Ualim du groupe électropompe. Umin A l'arrêt de la sollicitation de la direction par le conducteur, défini à l'instant t3 par le passage de la pression P à une valeur de seuil P2, inférieure à la valeur maximale PmaX mais supérieure au premier seuil P1, la pression P décroît jusqu'à sa valeur minimale Pmin à l'instant t4. La décroissance de la tension d'alimentation Um n'est commandée qu'à l'instant t5 postérieur à t4, après une temporisation débutant à l'instant t3 de détection de l'arrêt de la sollicitation, afin d'éviter une nouvelle phase de montée en pression du circuit hydraulique en cas de nouvelle sollicitation. La solution proposée par le procédé selon l'invention pour réduire la consommation électrique du groupe électropompe consiste à piloter sa tension d'alimentation en fonction des sollicitations du volant, déterminées par des paramètres dimensionnant l'assistance comme le courant consommé par le groupe électropompe, ou toutes autres informations telles que la vitesse du véhicule. Ainsi, lors d'une manoeuvre de braquage du véhicule, le circuit hydraulique d'assistance est en phase de montée en pression de l'huile, et le procédé pilote la tension d'alimentation du groupe électropompe à sa valeur maximale, puis réduit cette tension d'alimentation, quand le circuit hydraulique est sous pression, à une valeur optimale permettant d'assurer l'assistance de la direction jusqu'à une valeur de vitesse de rotation du volant égale à nl. Ainsi, le débit nécessaire au gonflement des tuyaux souples n'est fourni que pendant la phase transitoire de gonflement desdits tuyaux, et seul le débit nécessaire à l'assistance de la direction pendant la manoeuvre de braquage est fourni après cette phase transitoire. La figure 6a est la courbe de variation de la tension d'alimentation Um, quand on utilise le procédé selon l'invention, pour une variation de pression en fonction de la sollicitation demandée, représentée sur la figure 6b identique à celle de la figure 5b. Cette variation peut s'effectuer selon un échelon représenté en pointillé, ou bien selon une courbe de décroissance progressive. Pendant la phase transitoire de montée en pression du circuit hydraulique, entre les instants t1 et t2, le groupe électropompe est alimenté sous tension maximale Um = Umax, permettant ainsi le gonflement des tuyaux souples. Puis, à partir du point de fonctionnement D de la figure 4, la tension d'alimentation décroît, progressivement ou non, vers une valeur optimale UOP correspondant à un débit de la pompe hydraulique qui assure l'assistance de la direction jusqu'à une vitesse de rotation du volant égale à la valeur maximale (point de fonctionnement C sur la figure 4), précédemment mentionnee. Après une temporisation débutant à l'instant t3 qui correspond à la fin de la sollicitation de l'assistance, la tension d'alimentation Um reprend sa valeur de veille Umin à l'instant t5. Ce gain de tension d'alimentation du groupe électropompe, pendant les manoeuvres de braquage, permet de réduire sa consommation et donc sa puissance moyenne consommée. Le gain en puissance est représenté par des hachures sur la figure 6a. Selon un exemple particulier, non limitatif, de réalisation du procédé selon l'invention, la courbe de décroissance progressive de la tension d'alimentation répond à l'équation E suivante, correspondant à un filtrage passe-bas qui a pour but de retarder la décroissance de la tension d'alimentation Um et d'assurer ainsi le débit nécessaire au gonflement des tuyaux. Ce filtrage passe-bas PB porte sur un terme qui est fonction d'une part du courant 1m instantané débité par le moteur du groupe électropompe, du courant 1M maximal parcourant le moteur quand la pression de l'huile du circuit hydraulique est maximale, du courant Ir débité par le moteur au repos sous tension de veille Umin quand le véhicule est en ligne droite, et d'autre part de la tension maximale Umax qui peut être égale à la tension d'alimentation Ualim du groupe électropompe - tension du réseau électrique par exemple - et de la tension Uop optimale: E : Um = Umax - PB [(Im - 1r11M - Ir) * (Umax - U0p)] Ainsi, au cours dlune sollicitation rapide de la direction, en cas de manoeuvre d'évitement par exemple, le gonflement des tuyaux est assuré puisqu'au début de la manoeuvre, le courant instantané 1m du moteur étant égal au courant 1r au repos, le groupe électropompe est alimenté sous une tension maximale Umax. Au fur et à mesure que la pression monte dans le circuit hydraulique d'assistance de la direction, le courant instantané 1m dans le moteur augmente et le terme faisant l'objet du filtrage (Im Ir/IM Ir) * (Umax ~ UOP) augmente. A la fin de la phase transitoire de gonflement des tuyaux, la tension d'alimentation du groupe électropompe se stabilise à la valeur optimale UOP permettant l'assistance totale de la direction jusqu'au seuil S1 maximal de vitesse du volant. La constante de temps du filtrage passe-bas doit être supérieure à la constante de temps hydraulique du circuit, de l'ordre de quelques centaines de millisecondes par exemple. Selon une variante de réalisation de l'invention, les valeurs respectivement maximale et optimale Umax et U de la tension d'alimentation du groupe électropompe peuvent être fonction d'informations extérieures telles que la vitesse du véhicule. Selon une autre variante, le courant maximum 1M qui parcourt le moteur dépendant de la température, il peut être recalculé périodiquement en fonction de la sollicitation de la direction. Le procédé de commande d'une direction assistée hydraulique selon l'invention permet d'adapter le débit du groupe électropompe au débit appelé par le vérin d'assistance en fonction du niveau d'assistance nécessaire lors de chaque manoeuvre. L'avantage principal de ce procédé est le gain d'énergie apportée par rapport aux procédés actuels qui n'optimisent pas le débit du groupe électropompe lors des manoeuvres de braquage. La figure 7 met en évidence le gain de puissance consommée, sur un profil de braquage, entre une direction assistée électrohydraulique pilotée sans le procédé de l'invention et une direction pilotée avec un tel procédé. La courbe en trait plein représente la variation de la puissance instantanée sans le procédé et la courbe en trait interrompu représente la variation de la puissance instantanée optimisée grâce au procédé. Un autre avantage de ce procédé est qu'il est applicable aux directions hydrauliques assistées par un groupe électropompe piloté électroniquement sans adjonction de capteur supplémentaire, pour mesurer la vitesse du véhicule ou l'angle volant par exemple, puisqu'il utilise l'information représentative de la charge du moteur et qui sert déjà à le piloter, information donnée par sa résistance interne, la chute de tension interne ou le courant débité. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une direction électrohydraulique d'un groupe électropompe (9) piloté électroniquement, et comprenant un circuit hydraulique dont une partie est réalisée par des tuyaux souples (5), caractérisé en ce que la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) est pilotée en fonction des sollicitations de la direction, de sorte que, pendant la phase transitoire de montée en pression du circuit hydraulique débutant à partir de la détection d'une sollicitation de la direction, par passage de la pression (P) du circuit hydraulique d'une valeur minimale (Pmin) à une valeur de seuil (P1) supérieure à (pain) la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) passe d'une valeur de veille (Umin) à une valeur maximale (Umax) assurant le gonflement des tuyaux, et en ce que, après cette phase transitoire, la tension d'alimentation (Um) décroît vers une valeur optimale (top) correspondant à un débit de la pompe hydraulique (7) assurant l'assistance de la direction jusqu'à une vitesse maximale (Q1) de rotation du volant du véhicule, avant de reprendre sa valeur de veille (Umin) après la fin de la sollicitation de la direction. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) passe de la valeur maximale (Umax) à la valeur optimale (top) , après la phase de montée en tension du circuit hydraulique, selon un échelon de tension. 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) décroît progressivement de la valeur maximale (Umax) à la valeur optimale (UOP)' après la phase de montée en tension du circuit hydraulique. 4. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) passe de la valeur optimale (top) à la valeur de veille (Umin) après une temporisation débutant à la fin de la sollicitation de la direction, détectée lors du passage de la pression (P) du circuit hydraulique de sa valeur maximale (Pmax) à une valeur de seuil (P2) inférieure à (PmaX) et supérieur au premier seuil (P1). 5. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs maximale (Umax) et optimale (top) de la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) sont déterminées en fonction d'informations extérieures telle que la vitesse du véhicule (Vv). 6. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur maximale (Umax) de la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) est égale à la tension d'alimentation (Ualim) du réseau électrique du véhicule. 7. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fonction de décroissance de la tension d'alimentation (Um) du groupe électropompe (9) est celle d'un filtrage passe-bas, destiné à retarder la décroissance de la tension de la valeur maximale (Umax) vers la valeur optimale (Uop) afin d'assurer le gonflement des tuyaux souples du circuit hydraulique, dont l'équation est Um = Umax - PB [(tm - Ir/IM - Ir) * (Umax - Uop) Um étant la tension d'alimentation du groupe électropompe, Umax étant la valeur maximale de la tension d'alimentation assurant le gonflement des tuyaux souples, Uop étant la valeur optimale de la tension d'alimentation, 1m étant le courant instantané débité par le groupe électropompe, 1M étant le courant maximal débité quand la pression de l'huile du circuit hydraulique est maximale, 1r étant le courant débité quand le groupe électropompe est alimenté sous tension de veille (Umin) PB exprimant le filtrage du premier ordre du terme [(Im - Ir/IM - Ir) * (Umax - U0p)J