Brevet FR2827250A1 — publié le 20030117

Système de direction pour véhicule automobile L'invention se rapporte à un système de direction pour véhicule automobile et plus particulièrement à une direction du type by wire . Dans le milieu de l'automobile, on assiste à l'émergence des systèmes dits by wire . Ils ont pour but d'éliminer les liaisons mécaniques entre les différents organes du véhicules en les remplaçant par des liaisons électriques en vue de faciliter la conception des véhicules, d'améliorer la sécurité passive ou encore d'améliorer les lois de commandes de ces organes. Ainsi on peut déjà rencontrer des adaptations by wire aux systèmes de freinage, d'accélération, de suspension ou de direction d'un véhicule. Concernant les systèmes de direction, l'élimination de liens mécaniques entre le volant et les roues du véhicule peut apporter une amélioration significative en matière d'assistance à la conduite ou de démultiplication variable en fonction de la vitesse. Cependant, la suppression des liens mécaniques enlève en même temps les sensations au volant des systèmes classiques. Par conséquent, il faut pouvoir reproduire une partie de ces sensations pour le conducteur (rappel volant, caractéristique couple volant/angle du volant ou état de ces roues). De nos jours, ces sensations sont reproduites notamment pour les jeux vidéos par des moteurs électriques. Cependant, ces derniers sont sujets à des phénomènes d'instabilités et de vibrations. Enfin, le contrôle de ce type de système nécessite des lois de commandes complexes. Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment. Ainsi, l'invention propose, à partir d'un volant classique, un système de retour d'effort au volant passif piloté qui soit simple dans son architecture et qui utilise uniquement des éléments mécaniques pour plus de stabilité. A cet effet, l'invention concerne un système de direction pour véhicule automobile comportant un volant, une crémaillère de direction et des moyens de transmission du mouvement dudit volant caractérisé en ce que le système comporte en outre un dispositif de retour d'effort et un dispositif amortisseur d'effort lui permettant de caractériser pour la crémaillère de direction dudit véhicule, sans liens mécaniques entre ledit volant et ladite crémaillère, les commandes du conducteur. De manière avantageuse, les moyens de transmission du mouvement du volant, selon l'invention, comportent une colonne sensiblement rectiligne montée de façon solidaire entre le volant et le dispositif de retour d'effort, ladite colonne monté dans des roulements fixés audit véhicule. Cela permet de transmettre le mouvement du volant derrière le tableau de bord et de ne pas avoir à réaliser de profondes modifications quant à l'architecture. Avantageusement, le dispositif de retour d'effort est monté, selon l'invention, de façon solidaire entre lesdits moyens de transmission de couple et ledit dispositif amortisseur d'effort et comporte un capteur de couple, une came et un galet, qui monté sur un ressort fixé audit véhicule, coopère avec ladite la tranche de la came (14), suivant l'angle de ladite came le ressort est donc sélectivement compressé permettant de simuler au conducteur l'effort nécessaire au braquage des roues du véhicule. Cela permet de reproduire ainsi les caractéristiques classiques du couple à appliquer au volant par rapport à l'angle de ce dernier en ayant recours uniquement à des éléments mécaniques gages de fiabilité et de stabilité. La surface principale de la came, selon l'invention, est sensiblement circulaire dont le centre est décalé par rapport à l'axe de rotation dudit système de direction permettant avantageusement d'augmenter le couple de rotation du volant au fur et à mesure que le conducteur éloigne ce dernier de sa position de repos. Cette configuration permet également le retour automatique du volant à sa position de repos lorsque le conducteur lâche le volant. De manière avantageuse, le dispositif amortisseur comporte, selon l'invention, un frein du type magnétorhéologique et un calculateur d'angle permettant de faire varier sélectivement la dureté de la direction dudit système indépendamment de l'angle appliqué au volant. Cela va permettre de compléter et d'offrir de nouvelles prestations à la direction comme le retour du volant nul (frein magnétorhéologique au maximum) lorsque le conducteur lâche le volant durant des manoeuvres effectuées pour se garer ou la modulation du rappel au volant en fonction de la vitesse du véhicule. L'invention concerne également un procédé de gestion du système de direction selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - Mesurer l'angle de rotation grâce audit calculateur d'angle ; - Détecter la vitesse instantanée du véhicule ; - Calculer le braquage des roues associé afin de déterminer la position de la crémaillère souhaitée. Cela permet d'offrir un système de direction informant directement la crémaillère de direction de la position à adopter. Enfin, l'invention dispose d'un procédé de gestion du dispositif amortisseur d'effort selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - Mesurer l'angle et la vitesse de rotation du volant grâce audit calculateur d'angle ; - Détecter la vitesse instantanée du véhicule ; - Détecter si le conducteur a les mains sur le volant grâce audit capteur de couple ; - Calculer le retour d'effort au volant nécessaire afin de piloter en conséquence le frein magnéto- rhéologique. Cela permet de gérer avec le plus de précision possible ledit frein suivant les configurations de conduite. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 est une vue de côté en section partielle du système de direction selon l'invention. - la figure 2 est une vue de face de l'ensemble came, galet et ressort du système de direction selon l'invention. - la figure 3 est une courbe de la caractéristique couple au volant en fonction de l'angle de ce dernier. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le système de direction (1) regroupe trois sous-ensembles distincts que sont le dispositif de transmission des sollicitations du conducteur (2), le dispositif de retour d'effort (3) et le dispositif amortisseur d'effort (4). Le dispositif de transmission des sollicitations du conducteur (2), dans l'exemple illustré, comportent un volant classique (5) et des moyens de transmission (6) qui sont solidaires l'un de l'autre pour permettre une rotation uniforme de l'ensemble. Pour ce faire, dans l'exemple illustré, le corps (7) du volant (5) vient partiellement recouvrir la tige (8) des moyens de transmission (6) et est solidarisé à cette dernière à l'aide d'un ensemble du type vis-écrou (9). Pour maintenir le volant (5) dans une direction fixe tout en pouvant le tourner, on monte la tige (8) des moyens de transmission (6) à l'intérieur de roulements (10) eux mêmes solidaires de la caisse (11) du véhicule (non représenté). Le dispositif de retour d'effort (3) est composé essentiellement d'une pièce intermédiaire (12), d'un capteur de couple (13), d'une came (14), d'un galet (15) et d'un ressort (16) fixé à un élément (17) de la caisse (11) du véhicule. La pièce intermédiaire (12) vient recouvrir partiellement la tige (8) de manière à améliorer la solidarisation entre la tige (8) et la pièce intermédiaire (12) qui est du type vis-écrou (18). Le diamètre de l'extrémité (19) de la pièce intermédiaire (12) qui recouvre la tige est sensiblement deux fois plus petit que le diamètre de l'autre extrémité (20) qui va être en contact avec le capteur de couple (13). Celui-ci (13) est monté entre l'extrémité (20) de la pièce intermédiaire (12) qui possède le plus grand diamètre et une des deux faces de la came (14). Ces trois éléments (12,13, 14) sont solidarisés entre eux par des vis (21) à raison de quatre par face. Comme dans l'exemple illustré à la figure 2, la came (14) comporte une partie sensiblement cylindrique (22) dont le centre est décalé par rapport celui de rotation du système de direction (1). La came (14) comporte sur sa première face quatre évidements (23) permettant le passage desdites quatre vis (21) et étant situés sensiblement autour du centre de rotation du système de direction (1). Dans l'exemple illustré, on peut voir la butée circulaire (24) destinée à border le capteur de couple (13). Sur cette même figure 2 sont représentés le galet (15) coopérant avec le bord de la came (14) et l'élément (17) tronqué de la caisse (11) sur lequel le ressort (16, non visible sur la figure 2) est fixé. Cet ensemble galet (15)-ressort (16) permet de rajouter du couple à mesure que le volant tourne. En effet, la came (14) en tournant va pousser de plus en plus sur le galet (15) et par-là même comprimer le ressort (16). Par conséquent, l'augmentation de la tension du ressort (16) va induire de plus en plus de couple à l'encontre de la rotation de manière à favoriser le retour à la position de repos du volant (5). Par conséquent, si le conducteur lâche le volant (5), l'ensemble came (14) - galet (15) - ressort (16) va mécaniquement remettre en position de repos le volant (5) tel que représenté à la figure 2. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la came (14) comporte, sur sa deuxième face, un appendice cylindrique creux (25), qui centré sur l'axe de rotation du système de direction (1), est apte à venir recouvrir et à coopérer avec l'arbre (26) du frein magnéto-rhéologique (27). Cette coopération est réalisée par une forme intérieure du creux de l'appendice (25) correspondant à une forme extérieure de l'arbre (26) de manière à pouvoir transmettre la rotation du dispositif de retour d'effort (3) vers l'arbre (26) du frein magnéto-rhéologique (27). Préférentiellement, le dispositif de retour de force (3) est configuré de sorte que le couple en fonction de l'angle appliqué au volant (5) suive la courbe illustrée à la figure 3 mais d'autres courbes sont possibles. Comme illustré à la figure 1, le dispositif d'amortissement d'effort (4) est composé principalement d'un frein magnétorhéologique (27) et d'un calculateur d'angle (28). Le frein magnéto-rhéologique (27) est commandé en courant. Il va donc permettre de rajouter sélectivement du couple de manière à rendre plus difficile la rotation du système de direction (1). En effet dans l'exemple illustré, le frein magnéto-rhéologique (27) est fixe par rapport à la caisse (11) grâce à des fixations par vis (29) alors que l'arbre (26) est montée tournante à l'intérieur du frein magnéto-rhéologique (27). Le frein magnéto-rhéologique (27) va donc pouvoir sélectivement bloquer en rotation l'arbre (26). Dans l'exemple illustré, le calculateur d'angle (28) est monté juxtaposé au frein magnéto-rhéologique (27). Il est capable de détecter l'angle qui est appliqué et la vitesse de rotation de l'arbre (26) du frein magnéto-rhéologique (27). On voit donc qu'il existe un lien mécanique entre le volant (5) et l'arbre (26) du frein magnéto-rhéologique (27). En effet, le mouvement du volant (5) est transmis consécutivement par la tige (8) puis par la pièce intermédiaire (12), par le capteur de couple (13), par la came (14) et enfin par l'appendice creux (25) grâce respectivement à l'ensemble vis-écrou (9), à l'ensemble vis-écrou (18) et aux vis (21). Le frein magnétorhéologique (27) va donc, en bloquant la tige (26) en rotation, pouvoir s'opposer à la rotation du volant (5). Le pilotage du système de direction (1) s'effectue principalement sur deux fonctions à savoir le braquage des roues du véhicule (non représentées) et l'amortissement par le frein magnéto-rhéologique (27) grâce à un calculateur (non représenté) extérieur au système de direction (1). Ainsi l'information de braquage des roues envoyées à la crémaillère (non représentée) est fonction principalement de l'angle au volant lu par le calculateur d'angle (28) et de la vitesse instantanée du véhicule. La configuration du système de direction (1) permet d'adapter la course de la crémaillère (non représentée) de manière à limiter à 120 degrés, dans un sens ou dans l'autre, l'angle de rotation que le conducteur aura à appliquer sur le volant (5) par rapport à la position de repos de ce dernier. Cela permet pour un débattement non linéaire des roues en fonction de l'angle au volant (5) d'apporter une amélioration de l'assistance à la conduite. Le conducteur n'est plus obligé de tourner plusieurs fois le volant (5) lors de manoeuvres à basse vitesse. Le pilotage du frein magnéto-rhéologique (27) est fonction principalement de l'angle et de la vitesse de rotation du volant (5), de la détection de la préhension du volant par le conducteur et de la vitesse instantanée du véhicule. Le système de direction (1) pourra donc détecter finement les différentes situations de conduite et retransmettra en conséquence les sensations adaptées au conducteur aussi fidèlement que possible par rapport à un système classique de direction mécanique. Par exemple pour reproduire les systèmes classiques, lorsque le conducteur cherche à se garer, il est important quand il lâche le volant (5) que le retour à la position de repos du volant (5) soit inhibée. Le calculateur extérieur (non représenté) détecte la faible vitesse, les mouvements amples du volant (5) et reçoit grâce au capteur de couple (13) l'information permettant d'identifier le lâcher du volant (5). Ledit calculateur va appliquer un couple maximum sur le système de direction (1) par le biais du frein magnétorhéologique (27). Le frein magnéto-rhéologique (27) permet donc de seconder efficacement le système de retour d'effort (3) pour le compléter. Bien entendu, le système de direction (1) selon l'invention ne saurait se limiter aux exemples illustrés. La came (14) notamment peut avoir une forme tout autre permettant de moduler la courbe de couple en fonction de l'angle appliqué au volant (5). Le volant (5) peut également être de forme différente. REVENDICATIONS 1. Système de direction (1) pour véhicule automobile comportant un volant (5), une crémaillère de direction et des moyens de transmission (6) du mouvement dudit volant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de retour d'effort (3) et un dispositif amortisseur d'effort (4) permettant de caractériser pour la crémaillère de direction dudit véhicule, sans liens mécaniques entre ledit volant et ladite crémaillère, les commandes du conducteur. 2. Système de direction (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de retour d'effort (3) est monté de façon solidaire entre lesdits moyens de transmission de couple et ledit dispositif amortisseur d'effort et comporte un capteur de couple (13), une came (14) et un galet (15), qui monté sur un ressort (16) fixé audit véhicule, coopère avec ladite la tranche de la came (14), suivant l'angle de ladite came le ressort est donc sélectivement compressé permettant ainsi de simuler au conducteur l'effort nécessaire au braquage des roues du véhicule. 3. Système de direction (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface principale de la came (22) est sensiblement circulaire dont le centre est décalé par rapport à l'axe de rotation dudit système de direction permettant d'augmenter le couple de rotation du volant (5) au fur et à mesure que le conducteur éloigne ce dernier de sa position de repos. 4. Système de direction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif amortisseur (4) comporte un frein du type magnéto-rhéologique (27) et un calculateur d'angle (28) permettant de faire varier sélectivement la dureté de la direction dudit système indépendamment de l'angle appliqué au volant. 5. Système de direction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de transmission (6) du mouvement du volant (5) comportent une colonne sensiblement rectiligne (8) montée de façon solidaire entre le volant (5) et le dispositif de retour d'effort (3), ladite colonne coopérant avec des roulements fixés audit véhicule. 6. Procédé de gestion du système de direction (1) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - Mesurer l'angle de rotation grâce audit calculateur d'angle ; - Détecter la vitesse instantanée du véhicule ; - Calculer le braquage des roues associé afin de déterminer la position de la crémaillère souhaitée. 7. Procédé de gestion du dispositif amortisseur d'effort (4) conformes à l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - Mesurer l'angle et la vitesse de rotation du volant grâce audit calculateur d'angle ; - Détecter la vitesse instantanée du véhicule ; - Détecter si le conducteur a les mains sur le volant grâce audit capteur de couple ; - Calculer le retour d'effort au volant nécessaire afin de piloter en conséquence le frein magnéto- rhéologique (27).