Brevet FR2837457A1 — publié le 20030926

E, + E, Système d' assistance électrique de direction avec amortissement pour un véhicule et son procédé de commande. L' invention concerne une direction assistée électrique, et son procédé de commande utilisant une loi de commande avec un amortissement pour limiter les effets oscillatoires de trajectoire. La géométrie du guidage en pivotement des roues directrices d'un véhicule est généralement conçue pour obtenir un rappel par gravité dans une position neutre o la trajectoire du véhicule est rectiligne. Lorsque, après avoir placé le véhicule en virage, le conducteur relâche complètement le volant, les roues du véhicule reviennent vers la position neutre. Le volant est entraîné en rotation lors de ce retour. L'inertie en translation et en rotation des éléments de la direction mis en mouvement peut conduire au 1S dépassement par les roues de la position neutre, à la manière d'un pendule, avec en conséquence des oscillations de la vitesse latérale du véhicule. Avec des directions assistées hydrauliques, liamortissement intrinsèque des directions évite l' apparition de ce phénomène. Par contre, non seulement les directions assistées électriques ne comportent aucun amortissement intrinsèque, mais en plus l'inertie en rotation du moteur d'assistance s'ajoute à celle des éléments en mouvement, ce qui 2s amplifie le mouvement pendulaire. De manière classique, un ensemble de direction comporte une colonne de direction entraînée en rotation par un volant et transmettant son mouvement de rotation à une crémaillère dont la translation entraîne le pivotement des roues directrices du véhicule. Un dispositif d'assistance électrique comporte un moteur électrique dont la rotation du rotor est liée macaniquement au mouvement d'un élément de la direction, par exemple la rotation de la colonne ou la translation de la crémaillère. La colonne comporte généralement un capteur qui mesure le couple appliqué sur le volant par le conducteur. Le dispositif d' assistance comporte un moyen de mesure de la vitesse de rotation et de la position de la colonne de direction, soit directement par un capteur, soit par déduction des informations en provenance du moteur électrique. Un calculateur détermine une consigne de couple que le moteur électrique doit délivrer pour assister le mouvement de la direction. Le document EP 791 522 propose de générer un couple d'amortissement pour éviter le mouvement pendulaire. Un calculateur détermine si certaines conditions prédéterminées sont remplies, et si tel est le cas, la consigne de couple n'est pas transmise au moteur. Au contraire, le moteur est commandé alors pour qu'il dissipe une énergie mécanique en fonctionnant en générateur électrique. Ces conditions sont remplies lorsque la vitesse linéaire du véhicule est supérieure à un seuil, par exemple 80 km/h, lorsque le couple appliqué sur le volant est dans une zone morte autour de zéro, et que la vitesse angulaire de la colonne de direction est supérieure à un seuil. Selon un document EP 709 277, le calculateur détermine un couple d'amortissement qui s'ajoute en permanence à la consigne de couple envoyée au moteur. Ce couple d'amortissement est proportionnel à la vitesse du véhicule et est une fonction quadratique de la vitesse de la colonne. De plus, sa valeur est diminuée lorsque le couple d' assistance agit dans le même s ens que le couple sur la colonne. Ces méthodes d'amortissement ne donnent pas entière satisfaction. En effet, si le mouvement pendulaire est bien amorti, d'autres phénomènes qui perturbent la conduite du véhicule apparaissent. Le conducteur peut ressentir une lourdeur de la conduite dans certaines conditions, due à la présence du couple d'amortissement alors qu'il n'est pas souhaitable. Par ailleurs, la présence de seuils pour l'application du couple d'amortissement génère des variations brutales du couple d' assistance qui sont des chocs qui excitent les résonances de l'assistance de la direction. En conséquence, on constate des fluctuations importantes du couple diassistance à proximité de ces seuils. De plus, la mise au point de ces systèmes est longue et délicate. Plusieurs paramètres sont à déterminer et sont interdépendants, en particulier lamplitude du couple damortissement du mouvement 2s pendulaire et l'amplitude du couple d'assistance dans les différentes phases de fonctionnement du véhicule. Ces paramètres doivent être déterminés pour obtenir une bonne assistance, tout en limitant les phénomènes perturbateurs. L, invention a donc pour objectif de proposer une direction assistée électrique fournissant un couple d'amortissement pour amortir le mouvement pendulaire, sans pour autant faire apparaître de phénomènes perturtateurs tels que lourdeur au volant, inertie, manque d'assistance, vibrations. Un autre objectif est de faciliter la mise au point de la direction assistée. Avec ces objectifs en vue, l' invention a pour objet un procédé de commande d'un système dassistance électrique d'une direction pour véhicule comportant: - un capteur de couple donnant une information de couple C exercée par un conducteur sur un volant, - des moyens de mesure donnant une information de position et de vitesse de volant, - un moteur électrique d'assistance qui fournit un couple dassistance, transmis à la direction, 1S procédé selon lequel on détermine à chaque instant un couple de suivi en fonction de l' information de couple C, et un couple damortissement pour réduire le mouvement pendulaire après un lâcher de volant, le couple d'amortissement étant dépendant de l' information de vitesse de volant, et on fournit une consigne de couple d'assistance au moteur pour qu'il délivre un couple d'assistance, la consigne de couple diassistance étant la différence des couples de suivi et d'amortissement. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on détermine: - un terme cinétique EC fonction de l' information de vitesse du volant, - un terme potentiel Ep fonction des informations de couple C et de position du volant, le terme potentiel étant nul quand le couple du volant C est nul, s - un coefficient de pondération Kp = ', et on pondère le couple d'amortissement en le multipliant par le coefficient de pondération avant de déterminer la consigne de couple d'assistance. Les prestations d'assistance du procédé selon l' invention sont très avantageuses. En effet, le terme cinétique est lié à la vitesse de rotation du volant et le terme potentiel est lié à l'action du conducteur sur le volant. Lors d'un lâcher de volant, le couple sur le volant est nul, et donc le terme potentiel est nul. Le coefficient de pondération vaut alors un, ce qui permet d'appliquer pleinement le couple d'amortissement, pour éviter le mouvement pendulaire. Par contre, si le conducteur donne un coup de volant, le terme potentiel devient non négligeable, voire prépondérant, ce qui réduit le coefficient de pondération, et limite l'application du couple damortissement. Le couple de suivi est alors pleinement appliqué, sans réduction par le couple damortissement, ce qui évite la sensation par le conducteur d'une lourdeur dans la direction. De plus, au début du coup de volant, lorsque la vitesse de rotation du volant est presque nulle, le terme cinétique, et donc le coefficient de pondération, sont également presque nuls. Le couple d'amortissement n'est donc pratiquement pas appliqué. De plus, le coefficient de pondération est appliqué en permanence, quels que soient la vitesse du volant et le couple appliqué par le conducteur, et il évolue de manière continue avec ces deux facteurs. Donc, le couple délivré par le moteur d' assistance ne r 2837457 présente aucune variation brusque et aucun choc n'est généré. Aucun risque d'excitation du système à une fréquence de résonance n'est créé. De manière particulière, le terme d'énergie cinétique est calculé par: EC = J.2 o J est un terme représentant l'inertie des pièces de la direction en mouvement lorsque le volant est tourné. La détermination du terme cinétique dépend uniquement de l'évaluation de l'inertie des pièces en mouvement. Cette détermination peut être réalisée de manière théorique, sans mise au point du comportement de l'assistance de direction. De manière particulière, le terme potentiel est calculé par Ep = C.R. De cette manière, aucun paramètre n'a besoin diêtre déterminé pour le calcul du terme potentiel. En liaison avec le terme cinétique défini précédemment, la pondération du couple damortissement n'a pas besoin d'être paramétrée. La mise au point de l'assistance de direction est donc facilitée. L' invention a également pour objet un système d'assistance électrique de direction pour véhicule comportant: - un capteur de couple donnant une information de couple C exercée par un conducteur sur un volant, - des moyens de mesure donnant une information de position et de vitesse de volant, - un moteur électrique d'assistance qui fournit un couple d' assistance, transmis à une direction, - un module de commande recevant les informations de position et de vitesse du volant, et délivrant une consigne de couple d' assistance au moteur électrique d'assistance, s le module de commande étant préw pour déterminer: - un couple de suivi en fonction de l'information de couple C, - un couple damortissement pour réduire le mouvement pendulaire de la direction après un lo lâcher de volant, le couple d'amortissement étant lié à l' information de vitesse de volant, - la consigne de couple d'assistance étant la différence des couples de suivi et d'amortissement, caractérisé en ce que le module de commande a des moyens pour: - déterminer un terme cinétique EC fonction de l' information de vitesse du volant, - déterminer un terme potentiel Ep fonction des informations de couple C et de position du volant, le terme potentiel étant nul quand le couple du volant C est nul, - déterminer un coefficient de pondération K EC EC + Ep 2s - pondérer le couple d'amortissement en le multipliant par le coefficient de pondération avant de déterminer la consigne de couple d' assistance. L' invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence à la figure unique qui est une vue schématique d'un systéme de direction assistée électrique. Un systéme mettant en _uvre un procédé de commande pour l'assistance de direction électrique est montré sur la figure unique et comporte de manière classique une colonne 1 de direction, une crémaillère 2 qui entraîne le pivotement des roues directrices 7, un pignon, non montré, monté sur la colonne 1 de direction et qui engrène avec la crémaillère 2, et un volant 3 monté sur la colonne 1 et destiné à être manipulé par un conducteur du véhicule. Un dispositif d'assistance comporte un moteur 5 électrique qui entraîne en rotation la colonne 1 de direction par un dispositif macanique de réduction connu en soi. Le moteur 5 électrique est en général du type à courant continu ou du type sans balais (brushless). Un calculateur 4 détermine une consigne de couple d'assistance Ca pour piloter le moteur 5 électrique. Le système d'assistance comporte également un ensemble de capteur 8 qui comprend un capteur de s couple monté sur la colonne 1 de direction pour déterminer le couple de volant C appliqué par le conducteur sur le volant, et un capteur de position du volant pour déterminer l'angle de volant 0. Le calculateur 4 recoit les informations C, issues de ces capteurs, et en outre une information de vitesse du véhicule Vv par un capteur de vitesse de véhicule 9. En fonction de ces informations, le calculateur 4 détermine la consigne de couple d'assistance Ca pour le moteur 5 électrique. En fonction de la vitesse du véhicule Év et du couple de volant C exercé par le conducteur, le calculateur 4 détermine une consigne de couple de suivi Cs d'une manière classique qui n'est pas détaillée ici. Le document US 550,403 donne un exemple de détermination de couple de suivi. Le calculateur détermine également un couple d'amortissement Cf qui est soustrait au couple de suivi Cs pour déterminer la consigne de couple d'assistance Ca. Le couple d'amortissement Cfa était calaulé, selon l'art antérieur, par l'expression: Cfa=k.m o k est un coefficient fonction de la vitesse du véhicule Vv et ajusté expérimentalement pour obtenir un bon amortissement du mouvement pendulaire. A titre d'exemple, k est proportionnel à la vitesse du véhicule Vv, mais d'autres fonctions ont été utilisées. Selon l'invention, le couple d'amortissement est pondéré par un coefficient de pondération Kp, de telle sorte que sa nouvelle expression devient: Cf =Kp.k.m avec: 2s K = EC EC + Ep EC = J.2 Ep = C.0 Le terme J représente l'inertie en rotation de la colonne 1 de direction et des éléments dont le mouvement y est lié, comme par exemple la crémaillère 2. La vitesse de volant est déterminée dans cet exemple par une dérivation numérique de la position de la colonne 0. La position de colonne est échantillonnée par le calculateur 4 à une fréquence d'échantillonnage f. On note i un échantillonnage de la position de colonne à l'instant Tj, l'échantillonnage précéJant ayant été effectué à l' instant T. On détermine à chaque instant d'échantillonnage une position moyenne récente ânf= i- P i, le coefficient p étant un facteur de l+p pondération de l'échantillon. La valeur de p est comprise entre 0 et 1, de préférence entre 0 et 0,1. On en déduit une vitesse de volant estimée: mi = (oi - i f Cette vitesse de volant estimée est ensuite utilisée dans le terme cinétique Ec. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit uniquement à titre d'exemple. Le procédé est applicable à toute configuration d' assistance électrique, par exemple aux directions dont le mouvement du moteur d' assistance est transmis à la crémaillère par une transmission soit avec réducteur et vis, soit avec réducteur et pignon attaquant la crémaillère. Par ailleurs, la consigne envoyée au moteur n'est pas nécessairement une consigne de couple, mais toute consigne permettant de contrôler le couple délivré par le moteur, par exemple une consigne de courant. La vitesse estimée de volant peut aussi être issue dun circuit de commande du moteur électrique, en prenant en compte le rapport de réduction des vitesses entre le moteur et la colonne, ou dun capteur délivrant directement cette information. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un système dassistance électrique d'une direction pour véhicule comportant: - un capteur de couple (8) donnant une information de couple C exercée par un conducteur sur un volant (3), - des moyens de mesure (8) donnant une information de position et de vitesse de volant, - un moteur (5) électrique d'assistance qui fournit un couple diassistance, transmis à la direction (1, 2), procédé selon lequel on détermine à chaque instant un couple de suivi Cs en fonction de l' information de couple C, et un couple d'amortissement Cf pour réduire le mouvement pendulaire après un lâcher de volant, le couple d'amortissement Cf étant dépendant de l' information de vitesse de volant, et on fournit une consigne de couple d' assistance Ca au moteur pour qu'il délivre un couple d'assistance, la consigne de couple d' assistance Ca étant la différence Cs-Cf des couples de suivi et d'amortissement, caractérisé en ce qu'on détermine: - un terme cinétique EC fonction de l' information de vitesse du volant, - un terme potentiel Ep fonction des informations de couple C et de position du volant 0, le terme potentiel étant nul quand le couple du volant C est nul, - un coefficient de pondération Kp = E 'E ' et on pondère le couple d'amortissement Cf en le multipliant par le coefficient de pondération Kp avant de déterminer la consigne de couple d'assistance Ca. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terme d'énergie cinétique est calculé par: EC = J.6o2 o J est un terme représentant l'inertie des pièces de la direction en mouvement lorsque le volant (3) est tourné. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terme potentiel est calculé par Ep =C.0. 4. Système d'assistance électrique d'une direction pour véhicule, comportant: - un capteur de couple (g) donnant une information de couple C exercé par un conducteur sur un volant (3), - des moyens de mesure (8) donnant des informations de position et de vitesse de volant, - un moteur (5) électrique d'assistance qui fournit un couple d' assistance, transmis à la direction 2s (1, 2); - un module de commande (4) recevant les informations de position et de vitesse de volant , et délivrant une consigne de couple d'assistance Ca au moteur électrique d'assistance, le module de commande étant prévu pour déterminer: - un couple de suivi Cs en fonction de l' information de couple C, - un couple d'amortissement Cf pour réduire le mouvement pendulaire après un lâcher de volant, le couple d'amortissement Cf étant dépendant de l' information de vitesse de volant, - la consigne de couple d'assistance Ca étant la différence Cs-Ca des couples de suivi et d'amortissement, caractérisé en ce que le module de commande (4) a des moyens pour: - déterminer un terme cinétique EC fonction de l' information de vitesse du volant, - déterminer un terme potentiel Ep fonction des informations de couple C et de position de volant , le terme potentiel étant nul quand le couple de volant C est nul, - déterminer un coefficient de pondération r:, Kp = ', - pondérer le couple damortissement Cf en le multipliant par le coefficient de pondération Kp avant de déterminer la consigne de couple