Brevet FR2802491A1 — publié le 20010622

Système de direction de véhicule sans colonne de direction avec restitution d'efforts au conducteur La présente invention se rapporte au domaine technique des véhicules équipés d'une direction sans colonne. La direction d'un véhicule est obtenue par la transmission d'une commande de direction, issue de moyens de commande de direction, et qui consiste généralement en la rotation par le conducteur du véhicule volant, à des moyens de pilotage des roues, en général les deux roues avant comprenant habituellement une crémaillère. La transmission de la commande entre les moyens de commande direction et les moyens de pilotage des roues est habituellement réalisée de façon mécanique, par l'intermédiaire d'une colonne de direction. Dans ce l'effort exercé par le conducteur sur les moyens de commande de direction est directement transmis aux moyens de pilotage des roues, et reciproquement la réaction exercée par la chaussée sur les roues et s'opposant à leur changement d'orientation est transmise, avec généralement un facteur de démultiplication, au conducteur qui la ressent comme une résistance à son action sur les moyens de commande de direction. La liaison mécanique entre les moyens de commande de direction les moyens de pilotage des roues présente d'importantes contraintes d'encombrement et de poids. En outre, elle limite considérablement possibilités d'emplacement et d'architecture des moyens de commande direction. Afin de pallier ces inconvénients, les constructeurs de véhicules recherchent actuellement à supprimer la colonne de direction selon quatre axes principaux. Un premier axe consiste à remplacer la colonne par système de câbles mécaniques, un second à utiliser des moyens hydrauliques assurant le pilotage des roues et la liaison avec les moyens de commande pilotage. Un troisième axe consiste à utiliser des moyens de pilotage des roues hydrauliques qui sont actionnées par des moyens électriques, la liaison entre moyens de commande de direction et les moyens de commandes électriques étant assurée par un câblage électrique. Enfin, un quatrième axe concerne une direction de véhicule entièrement électrique, les moyens de pilotage des roues comprenant au moins moteur électrique piloté par un calculateur relié par un câblage électrique aux moyens de commande de direction. Dans le cas de direction ne comprenant pas de colonne de direction, il est necessaire d'intégrer aux moyens de commande de direction un système de restitution d'efforts, pilotés par un calculateur, afin de permettre au conducteur de ressentir les efforts exercés par la chaussée sur les roues directrices du véhicule. Ainsi, lorsque les moyens de commande de direction comprennent un volant, le système de restitution d'effort peut-il consister en un moteur électrique exerçant un couple de valeur déterminée opposé à l'action conducteur sur le volant. commande de couple, transmise par le calculateur au système de restitution d'effort, est habituellement déterminée à partir d'un modèle de référence utilisant les accélérations du véhicule, sa vitesse de lacet et la commande exercée par le conducteur sur les moyens de commande de direction. Les valeurs des accélérations et vitesses de lacet sont déterminées à partir capteurs dédiés, tels que des accéléromètres ou des gyromètres. principal inconvénient de la détermination de la commande du couple à fournir par le système de restitution d'effort par un modèle référence est que ce couple n'est pas directement l'image des efforts réellement subis par les roues directrices. Ainsi, dans certaines conditions roulage exemple, en cas de faible adhérence des roues sur la chaussée), la commande de couple transmise au système de restitution d'effort peut- elle présenter un écart important par rapport à ce que devrait être l'effort ressenti le conducteur au volant par rapport aux efforts subis par les roues directrices et présenter une gêne pour le conducteur. En outre, les capteurs du type accéléromètres et gyromètres présentent un coût relativement élevé. La publication EP 0 857 638 décrit un système de direction de véhicule sans colonne de direction. La restitution, au niveau du volant, efforts exercés sur les roues est assurée par un moteur électrique adapté pour exercé sur le volant un couple de valeur déterminée. Le moteur électrique est pilote par un calculateur qui lui transmet une commande de couple fonction entre autre, de la valeur des efforts exercés par la chaussée sur les roues. efforts sont déterminés à l'aide de deux capteurs, placés sur les biellettes reliées respectivement à chaque roue directrice, qui mesurent la force axiale exercée dans la biellette, cette force étant considérée comme représentative des efforts, exercés par la chaussée sur les roues directrices, s'opposant à leur changement d'orientation. La commande de couple transmise par le calculateur peut aussi prendre en compte la vitesse du véhicule son taux de lacet, et son accélération, ces paramètres étant mesurés par des capteurs dédiés. système décrit dans la publication EP 0 857 638 permet d'obtenir une commande de couple de restitution d'efforts qui est fonction des efforts réellement exercés sur les roues directrices. Néanmoins, de tels capteurs présentent un coût relativement élevé. En outre, une fois montés sur les biellettes associées au roues directrices, ils sont très difficiles à étalonner. Enfin, l'insertion de ces capteurs au niveau des biellettes tend à fragiliser cette pièce mécanique qui participe à une liaison du véhicule très sollicitée et devant répondre à de sévères contraintes de sécurité. La présente invention vise à obtenir une direction de véhicule sans colonne de direction, comprenant un système de restitution d'efforts pour lequel la commande de restitution d'efforts est fonction des efforts réellement exercés par la chaussée sur les roues directrices et s'opposant à leur changement d'orientation, et qui soit d'implantation simple et peu coûteuse. Dans ce but, elle propose un système de direction de véhicule comprenant des moyens de commande de direction, actionnés par conducteur du véhicule, reliés par un câblage électrique à des moyens d'actionnement de l'orientation d'au moins deux roues du véhicule comportant des moyens de motorisation électriques, et des moyens restitution d'efforts adaptés pour générer un effort s'opposant à l'action du conducteur les moyens de commande de direction, lesdits moyens de restitution d'efforts étant pilotés par un calculateur, le calculateur pilotant les moyens restitution d'efforts à partir d'un signal représentatif du courant alimentant les moyens de motorisation électrique des moyens d'actionnement de l'orientation des roues. Selon une autre caractéristique de l'invention, le calculateur détermine, à partir du signal représentatif du courant alimentant les moyens de motorisations électriques des moyens d'actionnement de l'orientation roues, l'effort exercé par les moyens d'actionnement sur les roues détermine un coefficient rectificatif, et pilote les moyens de restitution d'efforts afin qu'ils restituent un effort égal à l'effort exercé par les moyens d'actionnement sur les roues multiplié par ledit coefficient rectificatif. Selon une autre caractéristique de l'invention, le coefficient rectificatif est constant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le coefficient rectificatif dépend de l'effort exercé par les moyens d'actionnement sur les roues. Selon une autre caractéristique de l'invention, le calculateur reçoit en outre un signal représentatif de la vitesse du véhicule, et le coefficient rectificatif dépend en outre de la vitesse du véhicule. Selon autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande de direction comprennent un volant, et des moyens de mesure adaptés pour emettre un signal représentatif de la position imposée par le conducteur au volant, les moyens d'actionnement de l'orientation des roues étant pilotés par ledit signal. Selon autre caractéristique de l'invention, les moyens de restitution d'efforts comprennent un moteur électrique exerçant un couple sur le volant sens opposé au couple exercé par le conducteur sur le volant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le calculateur est en outre relié à au moins un accéléromètre, et il détermine une valeur estimée de l'effort exercé par les moyens d'actionnement sur les roues à partir du signal émit par ledit accéléromètre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'actionnement de l'orientation des roues comportent en outre une crémaillère reliée aux deux roues et actionnée par les moyens de motorisation électrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de motorisation électriques des moyens d'actionnement de l'orientation roues comportent deux moteurs électriques, chaque moteur électrique étant dédié à l'orientation d'une roue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront a la lecture de la description qui va suivre en référence au dessin annexé dont la figure unique représente schématiquement l'architecture d'une direction de véhicule sans colonne de direction avec restitution d'efforts. L'architecture d'un système 10 de direction de roues directrices 12,13 d'un véhicule, représenté de façon schématique sur la figure 1, comprend des moyens d'actionnement 14 de l'orientation des roues 12,13 qui sont pilotés par un calculateur 15 de contrôle de direction. Le calculateur 15 reçoit un signal de commande émis par des moyens de commande de direction 11 manoeuvrés par le conducteur du véhicule. Les moyens de commande de direction 11 peuvent comprendre un volant et des moyens de mesure de la position angulaire du volant, le signal de commande étant représentatif de la position angulaire imposé au volant 11 par le conducteur. A partir de ce signal, le calculateur 15 élabore un signal d'asservissement de la position des roues transmis aux moyens d'actionnement 14. Les moyens d'actionnement 14, dans la présente invention, comprennent au moins un moteur électrique, par exemple, un unique moteur électrique qui actionne une crémaillère orientant les deux roues directrices 12,13, ou bien deux moteurs électriques linéaires, chaque moteur actionnant une crémaillère reliée à une roue directrice 12,13, ou encore deux moteurs électriques agissant chacun directement sur une roue directrice 12,13. Les moyens d'actionnement 14 peuvent en outre comporter un ou plusieurs moteurs électriques auxiliaires d'appoint pour pallier une éventuelle défaillance d'un moteur électrique dit principal. Le calculateur peut recevoir des signaux émis par un capteur 17 de vitesse de véhicule adapté pour émettre un signal représentatif de la vitesse V du véhicule. Pour assurer l'orientation des roues directrices 12,13, chaque moteur électrique des moyens d'actionnement 14 doit fournir un couple C"", d'une valeur déterminée, qui peut être différente pour chaque moteur électrique. Les moteurs électriques peuvent être associés à différents autres organes, et l'action globale des moyens d'actionnement 14 peut s'exprimer sous la forme d'un couple total ou bien d'une force totale F,o,ar. Le couple total ou la force totale F,o,,,, à fournir est l'image de l'effort à exercer pour orienter les roues 12,13, c'est-à-dire pour contrer les efforts exercés par la chaussée sur les roues 12,13 qui s'opposent à un changement d'orientation des roues 12,13. Le système 10 selon l'invention comprend, en outre, des moyens de restitution d'efforts 16 qui génèrent un couple de résistance C,esü sur le volant et qui sont pilotés par le calculateur 15 de controle de direction. De préférence, le couple de résistance C,esis à appliquer sur le volant doit être de valeur telle que le conducteur ait sensiblement les mêmes sensations que lors de la conduite d'un véhicule équipé d'une colonne de direction mécanique. Typiquement, le couple de résistance C,esis égal au couple total CI",,, ou à l'effort total F,o,Q,, généré par les moyens d'actionnement 14, multiplié par un coefficient de démultiplication inférieur à 1, qui est équivalent, pour l'effort total F,o,Q,, au rapport de démultiplication que l'on rencontre habituellement sur les véhicules équipés d'une colonne de direction et d'une crémaillère, c'est-à-dire le rapport de démultiplication entre le pignon équipant l'extrémité de la colonne de direction et la crémaillère, et pour le couple total au rapport de démultiplication entre le volant 11 et les roues 12,13. Le coefficient de démultiplication Kdem peut, dans le système 10 selon l'invention, être variable. I1 est, dans ce cas déterminé selon des lois d'assistance, mémorisées dans le calculateur 17, et peut dépendre du couple total C,,a,, ou à l'effort total F,o,Q,, généré par les moyens d'actionnement 14 et de la vitesse du véhicule V. En particulier, les lois d'assistance peuvent permettre la simulation d'une direction assistée, en particulier en limitant la valeur du couple de résistance C,es,s à appliquer sur le volant lorsque le couple C,o,a, total, ou l'effort total F,o,a,, devient trop important. Le calculateur 15 peut en parallèle de la détermination de la commande du couple de résistance C,e,i, à transmettre ' partir du couple total C,o",i ou de l'effort total F,o,a,, déterminer un couple de résistance C,e,' à partir d'un modèle de référence, connu de l'homme du métier, en particulier dans le cas où le calculateur 15 est relié, en outre, à des capteurs (non représentés) tels qu'un accéléromètre, ou un capteur de vitesses lacet. Le calculateur 15 peut éventuellement comparer les valeurs de C,,s et de C,,,' afin de detecter une éventuelle défaillance d'un élément du système selon l'invention. La détermination du couple total C,o,,,,, ou de l'effort total F,a,Q,, engendré par les moyens d'actionnement 14 est obtenue par la mesure des courants traversant le ou les moteurs électriques composant les moyens d' actionnement 14. Des capteurs de courant sont intégrés aux moyens d'actionnement 1 Pour chaque moteur électrique, constituant les moyens d'actionnement 14, un capteur mesure l'intensité du courant traversant ledit moteur électrique, et transmet au calculateur 15 un signal représentatif de la valeur du courant. A partir des valeurs des courants, le calculateur 15 détermine le couple total C,o,R, ou l'effort total F,o,,,, exercé par les moyens d'actionnement 14. Ce couple, ou cette force, est représentatif des efforts réellement exerces par la chaussée sur les roues 12,13, et s'opposant à l'orientation des roues directrices 12,13. La description de la détermination de l'effort total F,o",, ou du couple total C,o,,, qui suit concerne la technologie des moteurs électriques à courant continu avec ou sans balai. Elle peut facilement s'adapter à d'autres technologies de moteurs électriques. La relation qui lie le couple C,,o, fourni par un moteur électrique ' courant continu avec ou sans balai au courant I qui le traverse est Cmot - kc ' I, on k.. est la constante de couple du moteur considéré. Chaque moteur apporte sa contribution à l'effort à fournir pour orienter les roues 12,13, généralement par l'intermédiaire d'un réducteur qui modifie le couple résistant ramené au moteur. Dans le cas où l'orientation de la roue 12,13 est assurée par un moteur électrique de type linéaire, engendrant, par exemple, le déplacement linéaire d'une crémaillère, l'effort total Fens fourni par l'ensemble moteur- réducteur donné par le pas de la vis permettant la transformation du mouvement. Dans le cas où les moyens d'actionnement 14 se composent d'un nombre d'ensembles moteurs électriques-réducteurs du type décrit précédemment, l'effort total F,o,a, que doit fournir les moyens d'actionnement 14 pour orienter les roues 12,13 est donné par où kc(;@ est la constante de couple du moteur d'indice i, est l'intensité courant traversant le moteur d'indice i, et p@;, le pas de la de transformation associée au moteur d'indice i. le cas où l'ensemble moteur électrique-réducteur engendre un couple de rotation Cens, celui-ci est donné par Cens N - Cmat 9 où N est le rapport de réduction du réducteur. Dans le cas où les moyens d'actionnement 14 comportent un nombre m d'ensembles moteurs électriques-réducteurs du type décrit précédemment, le couple total C,o,a, que doit fournir les moyens d'actionnement 14 pour orienter les roues 12,13 est donné par où k,,,) la constante de couple du moteur d'indice i, I(;) est l'intensité du courant traversant le moteur d'indice i, et N(,@ le rapport de réduction du réducteur associé au moteur d'indice i. La présente invention permet la détermination d'un couple de résistance C,esü dont la valeur est directement reliée à une image des efforts exercés par la chaussée sur les roues du véhicule s'opposant à un changement d'orientation. En outre, la mesure d'un courant étant réalisée sur l'électronique de puissance assurant l'alimentation des moteurs électroniques moyens d'actionnement, il n'y a pas de fragilisation des éléments reliés aux roues par l'ajout de capteurs de mesure d'efforts. De plus, comme les moteurs électriques sont le plus souvent asservis en courant, la mesure du courant les traversant est déjà réalisée, cette information est alors directement disponible. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend-tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, les moyens de commande de direction peuvent contenir levier pivotant autour d'un axe au lieu d'un volant, les moyens de restitution d'efforts exerçant un couple de résistance s'opposant à l'action conducteur sur le levier, la commande des moyens de restitution étant identique à celle décrite précédemment. REVENDICATIONS 1.Système de direction (10) de véhicule, comprenant des moyens de commande de direction (11), actionnés par le conducteur du véhicule reliés par un câblage électrique à des moyens d'actionnement (14), comportant au moins des moyens de motorisation électriques, de l'orientation d'au moins deux roues (12,13) du véhicule, et des moyens de restitution d'efforts (16) adaptés pour générer un effort s'opposant à l'action du conducteur les moyens de commande de direction (11), lesdits moyens de restitution d'efforts (16) étant pilotés par un calculateur (15), caractérisé en ce le calculateur (15) pilote les moyens de restitution d'efforts (16) à partir d'un signal représentatif du courant alimentant les moyens de motorisation électriques des moyens d'actionnement (14) de l'orientation des roues (12, 2.Système (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur (15) détermine, à partir du signal représentatif du courant alimentant les moyens de motorisation électriques des moyens d'actionnement (14) de l'orientation des roues (12,13), l'effort exercé par les moyens d'actionnement (14) sur les roues (12,13), détermine un coefficient r ect if icati îf, et pilote 1 les moyens de restitution d'efforts afin qu'ils 1 restituent un effort égal à l'effort exercé par les moyens d'actionnement (14) sur les roues 13) multiplié par ledit coefficient rectificatif. Système (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient rectificatif est constant. 4.Système (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient rectificatif dépend de l'effort exercé par les moyens d'actionnement (14) sur les roues (12,13). 5.Système (10) selon les revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que le calculateur (15) reçoit en outre un signal représentatif de la vitesse du véhicule, et en ce que le coefficient rectificatif dépend en outre de la vitesse du véhicule. 6.Système (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commande de direction (11) comprennent un volant, et des moyens de mesure adaptés pour émettre un signal représentatif de la position imposée par le conducteur au volant, les moyens actionnement (14) de l'orientation des roues (12,13) étant pilotés par ledit signal. 7.Système (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de restitution d'efforts (16) comprennent un moteur électrique exerçant un couple sur le volant de, sens opposé couple exercé par le conducteur sur le volant. 8.Système (10) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le calculateur (15) est en outre relié à au moins un acceléromètre, et en ce qu'il détermine une valeur estimée de l'effort exercé par les moyens d'actionnement (14) sur les roues (12,13) à partir du signal émit par ledit accéléromètre. 9.Système (10) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (14) de l'orientation des roues (12,13) comportent en outre une crémaillère reliée aux deux roues (12,13) et actionnée par les moyens de motorisation électriques des moyens d'actionnernent (14) de l'orientation des roues (12,13). IO.Système (10) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (14) de l'orientation des roues (12,13) comportent deux moteurs électriques, chaque moteur électrique étant dédié à l'orientation d'une roue (12,l3).