Brevet FR2833918A1 — publié le 20030627

Dispositif et procédé de réduction du pendulage d'un véhicule à direction assistée électrique L'invention concerne la réduction du pendulage d'un véhicule. Lors de la conduite d'un véhicule, le conducteur peut être amené à lâcher le volant à la sortie d'un virage ou d'un tournant de rue et attendre de celui-ci son retour automatique en son centre. Ce retour est appelé le rappel volant. Lors d'un rappel volant, le couple de rappel provient du couple d'auto-alignement des roues avant selon la géométrie du train avant du véhicule. Ce couple d'auto-alignement est d'autant plus grand que la vitesse du véhicule est grande et l'angle du volant important. Ce couple, couplé aux différentes inerties du train, de la colonne et du volant, donne un système oscillant d'amplitude et de fréquence variant avec la vitesse du véhicule, l'angle initial du volant et l'excitation ou non de modes propres de la direction du véhicule. Ces oscillations se traduisent par une vitesse de lacet alternative non contrôlée du véhicule que l'on appelle le pendulage. La courbe de pendulage prend l'aspect d'une courbe sinusoïdale amortie avec le temps. Dans le cas des directions hydrauliques actuelles, l'amortissement mécanique naturel associé à des amortissements mécaniques forcés permet de compenser ce phénomène de pendulage et d'avoir un rappel volant exempt d'oscillations. Dans le cas des directions assistées électriques, l'inertie et le couple qui sont amenés par le moteur électrique amplifie ce phénomène d'oscillations. La structure de ce système ne permet pas, contrairement aux directions assistées hydrauliques, d'avoir une compensation mécanique du phénomène. Ainsi, il est nécessaire d'avoir un pilotage particulier du moteur électrique, à travers ses lois de commande de haut niveau, qui permet de réaliser la fonction d'amortissement. La solution utilisée aujourd'hui sur les directions assistées électriques consiste en l'implantation, dans les lois de commande de haut niveau de la direction, d'un module permettant d'amortir le mouvement du volant. Ce module est une loi de commande réalisant un calcul de couple d'amortissement en fonction de la vitesse de braquage. Ce couple d'amortissement est ensuite appliqué à la colonne de direction par l'intermédiaire du moteur électrique. L'expression de ce couple d'amortissement est donnée par l'équation suivante : c=k. e' Avec : C : couple d'amortissement fourni par le moteur k : coefficient d'amortissement dépendant ou non de la vitesse du véhicule, 8' : vitesse de braquage mesurée (dérivée par rapport au temps de l'angle de braquage 8). Il est à noter que le coefficient k nécessite une mise au point selon la plage de vitesses du véhicule. Selon les dispositions mises en oeuvre, ce couple d'amortissement est appliqué de la manière suivante : . Le couple d'amortissement est appliqué sans aucune restriction particulière, à partir du moment où le volant est en mouvement. . Le couple d'amortissement est appliqué en fonction du couple colonne mesuré afin d'éviter de provoquer une gêne au conducteur. Le couple d'amortissement est appliqué lorsque le volant est en mouvement libre, sans sollicitation du conducteur. On connaît par exemple par les documents FR 2 806 692 ou US 6 240 350 des directions assistées électriques qui comprennent divers systèmes de compensation, basée sur des mesures ou des calculs notamment de la vitesse du véhicule, de la vitesse du volant et de son accélération, et du couple sur la colonne. Les problèmes non résolus par les solutions actuelles sont : . L'application en permanence d'un couple d'amortissement qui génère un ressenti conducteur non optimal (lors de manoeuvre d'évitement, par exemple, l'assistance est tardive et donne une direction trop lourde). . Le réglage du ou des coefficients nécessite une mise au point longue et complexe. . Ces solutions ne permettent pas d'obtenir de façon simple et rapidement le compromis entre l'amortissement de la colonne et le ressenti conducteur. . Elles contribuent à l'apparition des modes mécaniques par son effet de seuil (notamment dans le cas de la détection de la non-sollicitation du conducteur) ou de chocs qui créent des instabilités du système. . Elles ne détectent pas la volonté du conducteur de lâcher le volant et n'agit donc pas forcément au bon moment. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de réduction du pendulage qui ne présente pas ces inconvénients. Le procédé de l'invention est du type selon lequel on mesure un couple sur la colonne de direction, on mesure la vitesse du volant de direction et on applique un couple d'amortissement dépendant de la vitesse du volant de direction ; il est caractérisé en ce qu'on détecte la manoeuvre éventuelle du conducteur en comparant le couple mesuré sur la colonne de direction au couple dû à l'inertie du volant et en ce qu'on applique ledit couple d'amortissement seulement lorsque la différence entre les valeurs comparées est en dessous d'un seuil de consigne. Le dispositif selon l'invention de réduction du pendulage d'un véhicule à direction assistée électrique après un lâcher de volant est du type qui comprend des moyens pour mesure un couple sur la colonne de direction, des moyens pour mesurer la vitesse du volant, des moyens pour déterminer l'accélération du volant et des moyens pour appliquer un couple d'amortissement dépendant de la vitesse du volant de direction ; il est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déterminer en fonction de l'accélération du volant, le couple dû à l'inertie du volant et des moyens pour comparer le couple mesuré sur la colonne et ce couple dû à l'inertie et obtenir leur différence, et des moyens pour appliquer ledit couple d'amortissement uniquement si la différence est en dessous d'un certain seuil prédéterminé Ainsi la solution proposée par l'invention se base sur le calcul du couple dû à l'inertie du volant. En effet, dans une direction assistée électrique, on mesure le couple entre le conducteur et le moteur électrique pour son fonctionnement de base. Ce couple mesuré contient le couple fourni par le conducteur et aussi celui dû à l'inertie du volant. On ne peut donc pas, rien qu'avec la mesure de ce couple, savoir si le conducteur fournit ou non un couple sur le volant. La solution de l'invention permet l'application du couple d'amortissement selon l'évolution d'un critère qui se calcule en faisant la différence entre le couple mesuré au niveau du capteur de couple et le couple dû à l'inertie du volant. Le couple dû à l'inertie du volant peut être calculé à partir de la valeur de l'inertie du volant et de la vitesse de braquage. Par rapport aux solutions antérieures, le couple d'amortissement reste proportionnel à la vitesse de braquage selon la vitesse du véhicule, mais cette méthode utilise le système comme un détecteur de manoeuvres qui permet de différencier une sollicitation du conducteur d'avec une oscillation libre du volant. Le couple d'amortissement est ensuite fourni classiquement par le moteur électrique d'assistance de la direction. Les avantages de la solution proposée sont : . La construction du gain d'amortissement se fait directement en fonction des mesures de capteur de couple de la direction, ce gain ne nécessite donc pas de mise au point. . Cette stratégie ne nécessite pas de capteurs supplémentaires, elle utilise ceux déjà présents pour le fonctionnement de la direction assistée électrique. . Le principe permet de s'affranchir de l'excitation de certains modes fréquentiels de la colonne. . Cette solution nécessite peu de calculs. . L'implantation de cette solution dans une application déjà existante est facile. . Cette solution est applicable sur tous les types de véhicules possédant une direction assistée électrique. . Cette solution est applicable quelle que soit l'architecture de direction assistée électrique choisie : moteurs électrique d'assistance sur la colonne ou la crémaillère. . Le ressenti de la direction est très proche de celui d'une direction assistée hydraulique actuelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'architecture d'une direction assistée électrique montée sur la colonne, à laquelle peut être appliquée l'invention ; - la figure 2 est un graphique illustrant l'évolution dans le temps de l'angle du volant, du couple du volant sur la colonne et du couple d'inertie du volant, lors d'un lâcher de volant. La solution va être décrite dans le cadre d'une direction assistée électrique sur colonne, étant entendu qu'elle s'applique de la même façon à d'autres architectures de direction assistée (sur pignon, à double pignon, sur crémaillère coaxiale, sur crémaillère à moteur parallèle). Le dispositif comprend un volant 1 relié par une colonne de direction 2 à un pignon de direction 3 agissant sur la crémaillère 4 de direction, laquelle permet le braquage des roues 5. La colonne de direction 2 porte une roue dentée 6 sur laquelle engrène le pignon réducteur 7 entraîné par le moteur électrique 8 de la direction assistée électrique, au travers d'un embrayage 9. On a représenté en hachures des éléments fixes 10 de carrosserie ou de châssis auxquels sont liées les diverses parties du dispositif, au travers de paliers de roulement divers 11, à billes ou à aiguilles. La partie haute de la colonne de direction 2 est articulée à la partie basse par des joints de cardan 12. La colonne 2 comprend une partie "collapsable"destinée à s'écraser en cas de choc et une barre de torsion 14 permettant de capter l'information sur le couple fourni par le conducteur par un capteur de couple 15. L'information de l'angle 8 du volant et de la vitesse 8'du volant sont fournies par des capteurs distincts 16 et 16', éventuellement intégrés au niveau du capteur de couple 15. Les signaux de ces capteurs, ainsi que d'autres signaux de capteurs non représentés (vitesse du moteur par exemple) sont introduits dans une unité de calcul 18 programmée pour fournir un signal de compensation au moteur 8, selon les règles de calcul qui vont être expliquées plus loin. Tous ces éléments sont classiques et ne nécessitent pas de description plus détaillée. L'équation de la dynamique du volant au capteur de couple (partie 17) est : Avec : J : l'inertie du volant, 0"respectivement l'angle, la vitesse et l'accélération de braquage, fsec : le frottement sec du haut de la colonne 2, Cc : le couple fourni par le conducteur et CR : le couple résistant de la colonne. Le couple Cs lu par le capteur 15 est une mesure d'une déformation angulaire qui est l'image du couple résistant de la colonne CR décrit par la relation suivante : Cs = CR =-J e"-fse.. sign (e')-c. e'+ Ce On voit que le couple lu par le capteur n'est pas celui du conducteur. Lors d'une manoeuvre de type"lâcher de volant", le couple du conducteur Cc est nul alors que ce n'est pas le cas du couple capteur Cs. On a représenté sur la figure 2 les courbes illustrant respectivement l'angle 0 du volant, le couple volant sur colonne et le couple d'inertie du volant lors d'un lâcher de volant. On peut remarquer que lors des oscillations du volant le couple lu au capteur 15 correspond au couple d'inertie du volant. Hors de ces oscillations les écarts entre le couple lu au capteur et le couple d'inertie correspondent au couple fourni par le conducteur. Le calcul du couple d'inertie, tenant compte des frottements du haut de colonne, permet donc de faire la différence entre une action du conducteur sur le volant et un lâcher de volant. Ceci permet de définir un critère de détection de la manoeuvre du conducteur : Critère = ICd - IJ8"1 L'accélération 6"peut être mesurée ou calculée à partir de la vitesse 0'dru volant, selon une méthode de calcul connue en elle-même, par exemple la méthode de pseudo-dérivation suivante, qui offre un bon filtrage (moins de bruits de calcul). Cette méthode est fondée sur le principe d'une comparaison entre une vitesse instantanée e' (i) et une vitesse moyenne O'm (i) selon la relation : où p est un coefficient de pondération de l'échantillon i. L'accélération de rotation est donnée par L'existence des frottements vient perturber l'exploitation d'un critère simple. On pallie ce défaut en utilisant un seuil S d'application du critère. Lorsque la valeur du critère est inférieure ou égale à un seuil S, on applique un amortissement (il n'y a pas manoeuvre du conducteur). Par exemple, une valeur de 1 N. m est donnée à titre d'illustration et doit être réglée selon la qualité du calcul de l'accélération volant, ainsi que des frottements secs et visqueux, afin de ne pas dégrader le ressenti. Il est à noter que l'action corrective sera d'autant moins efficace que le seuil sera grand. Ce seuil sera d'autant plus grand que la distance entre le volant et le capteur de couple sera grande (augmentation des frottements). Le gain G appliqué selon l'invention au couple d'amortissement a la valeur 1 ou 0 selon que le critère est inférieur au seuil S ou supérieur ou égal à ce seuil S. Le couple d'amortissement est donc C = k 8'G, où k est le gain d'amortissement variable avec la vitesse du véhicule. Ainsi on voit d'après cette relation que le moteur applique un couple d'amortissement maximal quand le couple dû à l'inertie est prépondérant dans le couple mesuré au capteur, alors que lorsque le couple dû à l'inertie volant est faible comparé au couple total mesuré au capteur, le couple d'amortissement est nul. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction du pendulage d'un véhicule à direction assistée électrique après un lâcher de volant, du type selon lequel on mesure un couple sur la colonne de direction (2), on mesure la vitesse du volant de direction (1) et on applique un couple d'amortissement dépendant de la vitesse du volant de direction (1), caractérisé en ce qu'on détecte la manoeuvre éventuelle du conducteur en comparant le couple mesuré sur la colonne de direction (2) au couple dû à l'inertie du volant (1) et en ce qu'on applique ledit couple d'amortissement seulement lorsque la différence entre les valeurs comparées est en dessous d'un seuil de consigne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique un couple d'amortissement C = k 8'G, où k est le gain d'amortissement variable avec la vitesse du véhicule, 8'est la vitesse de rotation du volant et G est une valeur égale à 1 ou 0 selon que le critère = ICd - IJ8"1 est inférieur ou supérieur ou égal à un seuil S de détection de la manoeuvre du conducteur, Cc désignant le couple mesuré sur la colonne de direction, J désignant l'inertie du volant et 0"désignant l'accélération du volant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine le couple d'inertie du volant en déterminant l'accélération du volant (1). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on détermine l'accélération du volant en la calculant à partir de la mesure de la vitesse du volant (1). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'accélération du volant est calculée par pseudo-dérivation à partir de la vitesse du volant (1). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'accélération du volant est donnée par la formule 8"= 8' (i) - 8'm (i) dans laquelle une vitesse instantanée O' (i) et une vitesse moyenne O'm (i) sont liées par la relation O'm (i) = [6'm (i-l) + p. S'Ci) ]/ (1 +p) où p est un coefficient de pondération de l'échantillon i. 7. Dispositif de réduction du pendulage d'un véhicule à direction assistée électrique après un lâcher de volant, du type qui comprend des moyens (15) pour mesurer un couple sur la colonne de direction, des moyens pour mesurer la vitesse du volant, des moyens pour déterminer l'accélération du volant (1) et des moyens (18, 8) pour appliquer un couple d'amortissement dépendant de la vitesse du volant de direction, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (18) pour déterminer en fonction de l'accélération du volant, le couple dû à l'inertie du volant (1) et des moyens (18) pour comparer le couple mesuré sur la colonne (2) et ce couple dû à l'inertie et obtenir leur différence, et des moyens pour appliquer ledit couple d'amortissement uniquement si la différence est en dessous d'un certain seuil prédéterminé.