Brevet FR2783486A1 — publié le 20000324

L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un système de direction pour un véhicule, que l'on peut faire fonctionner dans un régime normal et dans un régime d'urgence, le système de direction étant commu- table entre un niveau "direction par fil" ("steer-by- wire"), coordonné au régime normal, et un niveau de se- cours coordonné au régime d'urgence. Au niveau direction par fil, un élément de commande manuelle de la direction, manoeuvrable par le conducteur, un volant de direction par exemple, est relié à travers un système électrique ou électronique réglé à des roues directrices du véhicule, tandis que cet élément de commande manuelle est couplé par force, mécaniquement et/ou hydrauliquement, aux roues directrices au niveau de secours. Dans le cas d'un système de direction que l'on peut faire fonctionner dans un mode direction par fil, l'élément de commande manuelle de la direction actionne habituellement un capteur de valeur de consigne de l'angle de braquage, tandis que les roues directrices ac- tionnent un capteur de valeur réelle de l'angle de bra- quage. Un tel système dispose, en outre, d'un appareil de commande qui effectue une comparaison des valeurs de consigne et réelle de l'angle de braquage et pilote, en fonction du résultat de cette comparaison, un actionneur de braquage, par exemple un servomoteur, qui commande à son tour les roues directrices. Comme l'élément de commande manuelle de la di- rection est sans couplage forcé avec les roues direc- trices au niveau direction par fil du système de direc- tion, le conducteur ne peut pas percevoir les forces la- térales agissant sur les roues directrices. En particu- lier, le conducteur est incapable de déceler quand les roues directrices, après un braquage maximal, atteignent un arrêt de braquage. Par le brevet des E.U.A. 5 347 458, on connaît un système de direction, destiné à un véhicule automobile, qui est de type direction par fil et comporte un générateur de couple qui agit sur l'élément de commande manuelle de la direction afin d'y simuler des forces latérales agissant sur les roues directrices du véhicule. Au conducteur peut ainsi être donnée une sensation de perception de la direction correspondant essentiellement à celle obtenue aussi dans le cas 'd'une direction à couplage forcé entre l'élément de commande manuelle et les roues directrices. De cette manière, une meilleure perception de la marche est conférée au conducteur et la stabilité de direction du véhicule est améliorée puisque le conducteur, par le biais des forces latérales perceptibles sur l'élément de commande manuelle, reçoit des informations sur la situation actuelle de la marche du véhicule. Problématique dans ce contexte est le cas o les roues directrices sont braquées jusqu'à un arrêt de braquage puisque des forces ou des couples extrêmes doivent alors être simulés sur l'élément de commande ma- nuelle de la direction afin de signaler au conducteur l'arrivée en butée de la direction. Par exemple, un mo- teur électrique, générateur de couple résistant, c'est-à- dire de couple s'opposant à l'effort manuel appliqué par le conducteur au volant de direction, par exemple, doit avoir de très grande dimensions pour pouvoir fournir les couples nécessaires à la simulation de l'arrivée en butée de la direction. L'invention vise à indiquer une possibilité, pour un système de direction du type mentionné au début, de communiquer au conducteur, par des dispositions simples sur le plan de la construction, l'impression, perceptible sur l'élément de commande manuelle de la di- rection au niveau direction par fil, que les roues direc- trices du véhicule sont braquées jusqu'à venir buter contre un arrêt de braquage. Conformément à l'invention, partant d'un pro- cédé comme défini au début, on obtient ce résultat par le fait que, au régime normal, on active le niveau de se- cours lorsque les roues directrices du véhicule sont bra- quées jusque dans la zone d'un arrêt de braquage. L'invention est basée sur le concept général consistant à utiliser, pour transmettre à l'élémeht de commande manuelle de la direction la perception de l'ar- rivée en butée de la direction, le couplage forcé du ni- veau de secours entre l'élément de commande manuelle et les roues directrices. Dans ce but, selon l'invention, le niveau de secours est activé quand les roues directrices du véhicule atteignent un arrêt de braquage ou des angles de braquage proches d'un tel arrêt. En effet, par l'in- termédiaire du couplage forcé existant dès lors, les forces latérales agissant sur les roues directrices lorsque celles-ci sont appliquées contre un arrêt de bra- quage sont directement perceptibles sur l'élément de commande manuelle de la direction, ce qui veut dire que cet élément ne peut pas être manoeuvré davantage sans qu'un effort nettement plus grand lui soit appliqué. Bien que des forces ou des couples importants puissent alors être perçus sur l'élément de commande manuelle, le générateur de couple résistant n'est pas chargé du tout à ce moment, de sorte qu'il peut être dimensionné nettement plus petit et qu'il peut donc être beaucoup plus écono- mique. Les dispositions proposées selon l'invention sont réalisables sans que cela demande une importante dé- pense sur le plan de la construction. Il suffit par exemple, pour la commande du système de direction provo- quant la commutation au niveau de secours, en cas de dys- fonctionnements du niveau direction par fil, d'indiquer un nouveau critère de commutation, à savoir l'arrivée en butée, c'est-à-dire l'application des roues directrices contre un arrêt de braquage. Conformément à un mode de réalisation préféré, le niveau de secours est activé de manière que son effet vienne s'ajouter à celui du niveau direction par fil, resté actif, ce qui signifie que, pour activer le niveau de secours, celui-ci est mis en service en plus du niveau direction par fil. De cette manière, il suffit d'une dépense particulièrement faible pour la commande èt la régulation, par exemple lorsque les roues directrices restent seulement pendant un temps relativement court en butée contre un arrêt de braquage. Il est possible aussi, pour activer le niveau de secours, de produire la commu- tation du système de direction du niveau direction par fil au niveau de secours. D'après un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, le niveau de secours est immédiatement désactivé de nouveau dès l'introduction dans le système de direction, par l'intermédiaire de l'élément de com- mande manuelle de la direction, d'un ordre de braquage qui ne tend plus à appliquer les roues directrices contre l'arrêt de braquage qui vient d'être atteint, mais qui tend à les en éloigner, donc à les braquer en sens in- verse. De même, la désactivation du niveau de secours peut également s'effectuer déjà lorsque l'élément de com- mande manuelle de la direction n'est plus manoeuvré. Ces dispositions sont particulièrement appropriées lorsque, en vue de la formation d'une zone de transition, le niveau de secours est déjà activé alors que les roues direc- trices n'ont pas encore atteint l'arrêt de braquage, mais présentent seulement un angle de braquage voisin de cet arrêt. Le procédé proposé selon l'invention revêt une importance particulière au cas o le niveau direction par fil présente une démultiplication de direction variable, avec laquelle le changement d'orientation des roues di- rectrices produit par la manoeuvre de l'élément de commande manuelle de la direction dépend d'au moins un paramètre de fonctionnement du véhicule. Il est possible par exemple qu'à un quart de tour d'un volant de direction soit coordonné un changement d'orientation relativement petit des roues directrices à haute vitesse du véhicule, tandis que le même quart de tour de l'élément de commande manuelle de la direction produit un changement d'orientation relativement grand des 'roues directrices à faible vitesse, lors du rangement du véhicule par exemple. Il est évident qu'avec une démultiplication de direction variable, les roues directrices atteignent l'arrêt de braquage par des manoeuvres d'amplitudes différentes de l'élément de com- mande manuelle, suivant la démultiplication de direction utilisée à ce moment. Le procédé proposé selon l'inven- tion garantit, pour n'importe quelle démultiplication, que l'arrivée en butée soit immédiatement perceptible sur l'élément de commande manuelle de la direction. Afin de ménager le générateur de couple résis- tant à moteur électrique lorsque l'arrêt de braquage est atteint, il est opportun de le désactiver lors de l'acti- vation du niveau de secours. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une représentation schématique du principe d'un système de direction pouvant être mis en oeuvre d'après le pro- cédé selon l'invention. Il va de soi que les caractéristiques mention- nées précédemment et qui seront expliquées dans ce qui va suivre, en même temps que d'autres caractéristiques en- core, ne sont pas seulement applicables dans la combinai- son indiquée chaque fois, mais aussi en d'autres combi- naisons ou individuellement, sans sortir du cadre de l'invention. La figure 1, unique, montre un système de direction d'un véhicule - dont les autres parties.ne sont pas représentées - possédant un niveau direction par fil pour un régime normal et un niveau de secours pour un régime d'urgence. Dans l'exemple de réalisation représenté, le niveau direction par fil du système de direction comporte un capteur de valeur de consigne de l'angle de braquage 1 qui est sensible à la rotation d'un arbre de direction 2, lui-même solidarisé en rotation avec un élément de com- mande manuelle de la direction 2 réalisé sous la forme d'un volant de direction. De cette manière, le capteur de valeur de consigne de l'angle de braquage 1 est actionné par l'élément de commande manuelle 3. Le niveau direction par fil comporte en outre un capteur de valeur réelle de l'angle de braquage 4, lequel est couplé à une timonerie de direction 5, elle-même reliée par un couplage forcé à des roues directrices 6 du véhicule. Un actionnement de la timonerie 5 produit donc un changement d'orientation correspondant des roues 6. Les changements d'orientation de ces roues actionnent aussi, par l'intermédiaire du couplage forcé assuré par la timonerie 5, le capteur de la valeur réelle de l'angle de braquage 4. Le niveau direction par fil comporte en plus un appareil de commande, non représenté, qui effectue une comparaison des valeurs de consigne et réelle de l'angle de braquage et pilote une vanne de régulation 7 en fonc- tion du résultat de cette comparaison. La vanne de régu- lation 7 est reliée d'un côté par une conduite basse pression 11 à un réservoir de liquide hydraulique 9 et par une conduite haute pression 10 au côté refoulement d'une pompe de liquide hydraulique 8 dont le côté aspira- tion est également raccordé au réservoir 9. Par son autre côté, la vanne de régulation 7 est raccordée à travers une conduite de raccordement gauche 12 et une conduite de raccordement droite 13 à deux chambres 14 et 15 d'un vérin 16 faisant office de servomoteur ou d'actionneur de braquage. Le vérin 16 possède une tige de piston 17 qui le traverse axialement de part en part, fait partie de la timonerie 5 et est reliée à ses extrémités axiales à des barres de connexion 18 et 19 formant les autres parties de la timonerie de direction 5 - laquelle est schématisée pour le changement d'orientation des roues directrices 6. La tige 17 porte deux pistons 20 et 21 qui sont mu- tuellement espacés axialement et déplaçables axialement, conjointement avec la tige de piston 17, dans un cylindre 22 du vérin 16. Une cloison 23, traversée de la tige 17, est fixée à l'intérieur du cylindre 22 entre les pistons et 21. Ces derniers et la cloison 23 partagent axiale- ment, dans le cylindre 22, les deux chambres 14 et 15 précitées ainsi que deux autres chambres 24 et 25. Les chambres 14 et 15 peuvent être détendues hydrauliquement par une soupape de sécurité 26 qui, à la position représentée, o elle n'est pas excitée électri- quement, court-circuite les deux connexions hydrauliques 12 et 13 des chambres 14 et 15 pour le régime d'urgence. A l'autre position de la soupape de sécurité 26, cette liaison entre les deux connexions hydrauliques 12 et 13 est coupée pour le régime normal. Pour simuler des couples résistants ou s'oppo- sant à l'effort manuel sur l'élément de commande manuelle de la direction 3, qui sera simplement appelé générale- ment "volant" dans ce qui suit, le niveau direction par fil comporte un générateur de couple résistant 27, lequel est relié par l'intermédiaire d'un engrenage 28 à l'arbre de direction 2 et couplé ainsi au volant 3. Un appareil de commande, non représenté, détermine, par exemple à l'aide de capteurs de pression 29 et 30 communiquant res- pectivement avec les connexions hydrauliques 12 et 13, les forces latérales agissant sur les roues directrices 6. En effet, ces forces latérales exercent, par l'intermédiaire de la timonerie 5, une force axiale sur la tige de piston 17, entraînant à son tour une différence de pression dans les chambres 14 et 15 et par suite dans les connexions hydrauliques 12 et 13 coordonnées. L'appareil de commande coordonné au générateur de couple 27 détermine, à partir des forces latérales, plus exactement à partir de la différence de pression corrélée à elles des capteurs 29 et 30, une valeur de consigne d'un couple résistant devant pouvoir être perçu manuellement par le conducteur sur le volant 3 et simulant les forces latérales mentionnées précédemment. A l'arbre de direction 2 est conjugué en outre un capteur de couple réel 31 qui permet à l'appa- reil de commande précité de réguler le générateur de couple 27 par une comparaison appropriée des valeurs de consigne et réelles des couples appliqués. Le niveau de secours du système de direction comporte un vérin 32 côté manuel dont le piston 33 co- opère avec une extrémité axiale formant un prolongement axial 34, réalisé à la façon d'une vis de transmission, de l'arbre de direction 2. Par le couplage ainsi réalisé, une rotation du volant 3, donc aussi de l'arbre 2, provoque un déplacement axial du piston 33 dans le cylindre 35 du vérin 32. A l'intérieur du cylindre 35, le piston 33 sépare deux chambres: l'une 36 de gauche et l'autre 37 de droite. Les chambres 36 et 37 communiquent, par des conduites hydrauliques, l'une 38 de gauche et l'autre 39 de droite, avec des chambres correspondantes d'un vérin côté roues. Dans l'exemple de réalisation représenté et décrit ici, ce vérin côté roues est formé par le vérin 16 qui fait également office de servomoteur du niveau direc- tion par fil. Les chambres 14 et 15, situées axialement à l'intérieur, sont conjuguées à l'actionneur de braquage ou servomoteur du niveau direction par fil, tandis que les chambres 24 et 25, situées axialement à l'extérieur, sont conjuguées au vérin du niveau de secours. La conduite hydraulique gauche 38 et la conduite hydraulique droite 39 sont raccordées à une sou- pape de sécurité supplémentaire 40 qui, à la position re- présentée, o elle n'est pas excitée électriquement, dé- couple les deux conduites hydrauliques 38 et 39 hydrauli- quement l'une de l'autre pour le régime d'urgence. Par contre, à l'autre position, les deux conduites 38 et 39 sont reliées et communiquent entre elles à travers la soupape de sécurité 40 pour le régime normal. Le système de direction fonctionne comme suit: Au régime normal, le niveau direction par fil est activé, la soupape de sécurité 26 étant commutée à cet effet à sa position fermée. De plus, au régime nor- mal, le niveau de secours est désactivé, la soupape de sécurité 40 étant commutée à cet effet à sa position pas- sante o elle relie les deux conduites hydrauliques 38 et 39 entre elles. La communication ainsi établie entre ce qu'on appelle la branche hydraulique gauche (comprenant la conduite hydraulique 38, la chambre 36 et la chambre 24) et ce qu'on appelle la branche hydraulique droite (comprenant la conduite hydraulique 39, la chambre 37 et la chambre 25) est nécessaire pour le cas o le niveau direction par fil utilise une démultiplication de direc- tion variable. Comme le couplage forcé entre le volant 3 et les roues directrices 6 présente, au niveau de se- cours, une démultiplication de direction constante, une pression différentielle peut s'établir entre la branche hydraulique gauche (38, 36, 24) et la branche hydraulique droite (39, 37, 25) lorsque, au niveau direction par fil, dans le cadre de la démultiplication de direction va- riable, une autre démultiplication qu'au niveau de se- cours est en vigueur. Dans le but d'empêcher l'établisse- ment d'une telle pression différentielle, laquelle bloquerait la direction dans le cas extrême, on a prévu le couplage hydraulique de la branche hydraulique gauche (38, 36, 24) avec la branche hydraulique droite (39, 37, 25) à travers la soupape de sécurité 40. Au régime normal, la position de la vanne régu- latrice 7 fait qu'une différence de pression s'établit entre les chambres 14 et 15 et provoque un déplacement axial correspondant de la tige de piston 17, de même qu'un changement d'orientation correspondant des roues directrices 6. En raison du couplage hydraulique des chambres 24 et 25 à travers la soupape de sécurité 40, une pression différentielle ne peut s'établir entre ces chambres, de sorte que le niveau de secours n'influence pas le niveau direction par fil. Au cas o le système de direction du niveau di- rection par fil détecte un défaut, le système peut être commuté au régime d'urgence, c'est-à-dire à un fonction- nement du système de direction au niveau de secours. Dans ce but, les soupapes de sécurité 26 et 40 passent à la position représentée sur la figure, ce qui ne demande pas de signal de commutation active, puisque les soupapes concernées prennent d'elles-mêmes ces positions quand le courant électrique d'excitation est coupé. Au régime d'urgence, un mouvement de manoeuvre du volant 3 est transformé en un déplacement axial du piston 33 dans le vérin 32 côté manuel. Ce déplacement du piston 33 en- traîne une diminution du volume de l'une des deux chambres 36 ou 37, à laquelle est lié un refoulement cor- respondant de liquide hydraulique. Le liquide ainsi re- foulé provoque dans la chambre 24 ou 25 coordonnée du vérin 16 côté roues une augmentation de volume, à la- quelle est lié un déplacement axial de la tige de piston 17, provoquant un changement d'orientation des roues di- rectrices 6. Dans ce régime d'urgence, les chambres 14 et sont couplées hydrauliquement à travers la soupape de sécurité 26, de sorte que les déplacements axiaux de la tige de piston ne peuvent pas engendrer de pressions dif- férentielles entre les chambres 14 et 15. La simulation d'un couple s'opposant à celui appliqué manuellement au volant en régime normal, au mo- ment o les roues directrices 6 atteignent un angle de braquage coordonné à un arrêt de braquage, se déroule comme suit: En régime normal, la soupape de sécurité 26 oc- cupe sa position fermée et la soupape de sécurité 40 oc- cupe sa position passante. Lorsque la rotation du volant ou une manoeuvre de braquage correspondante d'un autre élément de commande manuelle de la direction 3 a pour ef- fet que les roues directrices 6 sont braquées au maximum, un appareil de commande du système de direction fait pas- ser la soupape de sécurité 40 à sa position fermée et dé- couple de ce fait la branche hydraulique gauche (38, 36, 24) de la branche hydraulique droite (39, 37, 25). En raison du passage de la soupape de sécurité 40 à la posi- tion représentée sur la figure, le niveau de secours est activé. Le point de commutation pour le passage de la soupape 40 de l'une à l'autre position peut être fixé par exemple en fonction de l'angle de braquage effective- ment atteint et détecté par le capteur de valeur réelle de l'angle de braquage 4. Il peut ainsi être prévu que la soupape 40 passe à la position fermée à un angle de bra- quage plus petit que l'angle de braquage maximal pos- sible, afin de former ainsi une zone de transition. Quand, ensuite, les roues directrices 6 ou leur timonerie 5 atteignent ou atteint l'arrêt de braquage préfixé par la cinématique de direction ou par une butée spécifique, la poursuite de la manoeuvre de l'élément de commande manuelle 3 et le déplacement axial - qui lui est couplé par force - du piston 33 du vérin 32 côté manuel provoquent une élévation de pression dans la branche hy- draulique concernée puisque la tige de piston 17 ne peut plus être déplacée davantage en raison de l'arrivée en butée. De cette manière, les forces agissant en position de butée sur la timonerie 5 sont directement transmises à l'élément de commande manuelle 3. En d'autres termes, le volant ou autre élément de commande manuelle 3 ne peut pas être manoeuvré davantage dans le même sens. Pour le fonctionnement du procédé selon l'in- vention, par lequel est obtenu un couple résistant repré- sentant l'arrivée en butée de direction, il est sans im- portance que l'activation du niveau de secours, c'est-à- dire le passage de la soupape de sécurité 40 à sa posi- tion fermée, s'accompagne du maintien à l'état actif du niveau direction par fil ou de sa désactivation par la commutation de la soupape de sécurité 26 à sa position passante. Pendant l'activation du niveau de secours au régime normal, le générateur de couple résistant 27, ser- vant normalement à la simulation, sur le volant ou autre élément de commande manuelle de la direction 3, de forces latérales agissant sur les roues directrices 6 du véhicule, n'est pas actionné, bien qu'il soit possible aussi de réduire son couple ou la puissance absorbée par lui dans une telle situation. Quoique le dessin montre un système de direc- tion possédant un niveau direction par fil de type hy- draulique, de même qu'un niveau de secours de type hy- draulique, le procédé selon l'invention est applicable à des systèmes de direction réalisables selon les désirs et dont les niveaux direction par fil et/ou de secours peuvent être de types et/ou d'exécutions différents. Il importe seulement qu'un couplage forcé existe au niveau de secours entre l'élément de commande manuelle de la di- rection 3 et les roues directrices 6. Le niveau de se- cours peut présenter, par exemple, une ligne de direction classique pouvant être activée ou désactivée au moyen d'un embrayage installé dans cette ligne entre l'élément de commande manuelle de la direction et les roues direc- trices du véhicule. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation d'un système de di- rection de véhicule, que l'on peut faire fonctionner dans un régime normal et dans un régime d'urgence, système de direction qui est commutable entre un niveau "direction par fil" ("steer-by-wire") coordonné au régime normal, auquel un élément de commande manuelle de la direction (3), par exemple un volant de direction, est relié à tra- vers un système électrique ou électronique réglé à des roues directrices (6) du véhicule, et un niveau de se- cours, coordonné au régime d'urgence, auquel l'élément de commande manuelle de la direction (3) est couplé par force, mécaniquement et/ou hydrauliquement, aux roues di- rectrices (6), caractérisé en ce que, au régime normal, on active le niveau de secours lorsque les roues direc- trices (6) du véhicule sont braquées jusque dans la zone d'un arrêt de braquage. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, pour activer le niveau de secours, on met celui-ci en service en plus du niveau direction par fil. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, pour activer le niveau de secours, on commute le système de direction du niveau direction par fil au niveau de secours. 4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on désactive le niveau de secours dès que l'élément de commande manuelle de la direction (3) n'est plus manoeuvré ou dès que l'élément de commande manuelle de la direction (3) est manoeuvré dans un sens qui éloigne les roues directrices (6) du véhicule de l'arrêt de braquage. 5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une démultiplication de direction variable est formée au niveau direction par fil, démulti- plication avec laquelle le changement d'orientation des roues directrices (6) du véhicule, produit par la manoeuvre de l'élément de commande manuelle de la direction (3), dépend d'au moins un paramètre de fonctionnement du véhicule, par exemple de la vitesse du véhicule. 6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pendant l'activation du niveau de secours au régime normal, un générateur de couple r'ésis- tant (27), servant normalement à la simulation sur l'élé- ment de commande manuelle de la direction (3) de forces latérales agissant sur les roues directrices (6) du véhi- cule, n'est pas actionné ou son couple ou la puissance absorbée par lui est réduit.