Brevet FR2845341A1 — publié le 20040409

La présente invention se rapporte, de façon générale, aux systèmes de direction des véhicules automobiles. Cette invention s'intéresse, plus particulièrement, à un procédé de stabilisation active d'un système de 5 direction, et encore plus spécialement un procédé de stabilisation appliqué à une direction assistée électrique. Lorsqu'un véhicule automobile circule, la direction mécanique de ce dernier peut être perturbée par des éléments extérieurs à la direction, tels que route en mauvais état, pavés, etc., ou par des défauts ou incidents, par 10 exemple: dégradation rapide ou éclatement d'un pneumatique, perte d'une roue, etc. De tels événements exercent des forces importantes dans le système de direction du véhicule. Ces forces sont transmises jusqu'au volant de conduite, et peuvent causer des désagréments, voire des difficultés 15 importantes au conducteur. Les perturbations peuvent être d'autant plus importantes que la vitesse du véhicule est élevée, et que la force ressentie est importante et soudaine pour le conducteur. Le but de l'invention est d'éviter ou du moins de limiter fortement de telles perturbations, en réalisant une compensation active des vibrations et à20 coups provenant du système de direction mécanique et remontant au volant de conduite, ceci en mettant à profit des composants de l'assistance électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de stabilisation active d'un système de direction, qui consiste essentiellement à: - détecter la position angulaire du volant de direction et la position 25 du moteur électrique d'assistance, - mesurer un effort ou couple dans le volant de conduite, - déterminer l'existence d'une relation particulière entre la position du volant, la position dudit moteur et l'effort ou couple dans le volant, et - si cette relation est vérifiée, agir sur la commande du moteur 30 électrique d'assistance, de manière à empêcher la rotation du volant, et à minimiser ainsi l'effort ou couple dans le volant. Pour la mise en oeuvre de ce procédé de stabilisation active, on dispose en particulier d'un capteur de position angulaire du volant de conduite, d'un capteur de position du moteur électrique d'assistance, d'un capteur de 35 couple au volant, et d'un calculateur qui reçoit et traite les signaux issus de ces capteurs, et qui commande la rotation et position du moteur électrique d'assistance, en la régulant par rapport à la position du volant. Cette régulation, jusqu'ici considérée comme une fonction isolée, est en fait ajoutée ou combinée "aux lois d'assistance" qui président 5 habituellement au pilotage de la direction assistée électrique, en fonction de divers paramètres. Dans cet ordre d'idées, le calculateur précité peut être inclus dans l'unité électronique de pilotage de la direction assistée électrique. Outre la détection et prise en compte de la position du volant, de la position du moteur électrique d'assistance et de l'effort ou couple dans le 10 volant, le procédé objet de l'invention peut encore prendre en considération au moins une autre grandeur choisie parmi la vitesse de rotation du volant et du moteur électrique d'assistance, l'accélération de la variation de position du volant et du moteur électrique d'assistance, ainsi que la vitesse de variation de l'effort ou couple dans le volant. D'autres informations utiles telles que 15 l'accélération transversale du véhicule, peuvent aussi être exploitées, dans la mesure o elles sont disponibles dans l'unité de pilotage de la direction assistée électrique. La régulation, effectuée sur la position du moteur électrique d'assistance par rapport à la position du volant, est de préférence une 20 régulation du type "PID" (régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée), par exemple à 1 ms. Globalement, l'intervention du procédé, objet de l'invention, s'opère comme suit: Le capteur de position du volant donne, à tout moment, la position 25 angulaire du volant, tandis que le capteur de position du moteur électrique d'assistance fournit, à tout instant, la position de ce moteur. Simultanément, le capteur de couple mesure l'effort dans le volant, effort que ressent le conducteur du véhicule. Lorsqu'une perturbation (telle qu'indiquée en introduction) apparaît, 30 le capteur de position du moteur électrique d'assistance, position qui est liée aux organes de la direction tels que la crémaillère, va indiquer un mouvement de rotation au calculateur. Le capteur de couple va, de son côté et en parallèle, commencer à mesurer un effort, que ressentira par la suite le conducteur, et qui impose un début de rotation du volant, détecté par le capteur de position 35 angulaire du volant. Si le procédé de l'invention n'était pas mis en oeuvre, le conducteur devrait alors exercer manuellement sur le volant un effort antagoniste important et immédiat, pour éviter la rotation du volant. C'est cet effort que le procédé de l'invention vise à minimiser, en empêchant la rotation du volant lorsque celle-ci n'est pas imposée par le conducteur. A ce stade de l'explication, il convient aussi de noter que, dans le cas d'une perturbation du genre ici considéré, la rotation du moteur électrique d'assistance intervient avant la rotation du volant, conséquence de la perturbation. Cet ordre de succession des mises en rotation est le contraire de 10 celui observé lorsque le conducteur impose volontairement une rotation au volant: dans ce dernier cas, la position du moteur électrique d'assistance est une conséquence de l'effort manuel exercé par le conducteur, et de la commande de rotation du moteur électrique d'assistance qui accompagne, en la "suivant", la rotation du volant. Ainsi, l'analyse des signaux fournis par les divers capteurs, incluant la constatation de l'ordre de succession ou d'apparition des signaux issus du capteur de position du moteur électrique d'assistance d'une part, et du capteur de position angulaire du volant d'autre part, permet de discriminer les perturbations à corriger, autrement dit de déterminer si on a véritablement 20 affaire à une instabilité remontant de la direction mécanique, auquel cas seulement la régulation précédemment décrite est enclenchée. Cette régulation, agissant sur la position du moteur électrique d'assistance, amène alors le positionnement de ce moteur, par rapport à la position du volant, de manière à minimiser le couple et à empêcher la rotation 25 non désirée du volant. La mise en oeuvre du procédé de stabilisation active, objet de l'invention, est décrite ci-après plus en détail, dans le cadre d'exemples et en se référant au dessin schématique annexé, dans lequel: Figure 1 représente, en perspective, un système de direction à 30 assistance électrique, auquel est applicable le procédé de l'invention; Figure 2 est un diagramme représentant une possibilité d'évolution de l'angle du volant et de l'angle du moteur électrique d'assistance, en fonction du temps; Figures 3 et 4 illustrent des exemples de lois, selon lesquelles peut 35 s'effectuer la régulation dans le procédé objet de l'invention; Figure 5 est un organigramme général du procédé objet de l'invention. Sur la figure 1 est représenté un système de direction assistée électrique 1 de véhicule automobile. Ce système de direction 1 comporte notamment une colonne de direction 2, dont une extrémité porte un volant de direction 3, et dont l'autre extrémité est accouplée à une direction mécanique 4, en particulier une direction à crémaillère, déplaçant des biellettes de direction 5 et 6 qui transmettent l'effort de braquage vers les roues directrices (non représentées) 10 du véhicule concerné. S'agissant d'une direction assistée électrique, il est encore prévu un moteur électrique d'assistance 7, ici placé sur la colonne de direction 2, qui applique un couple sur cette colonne de direction 2 par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique 8 (multiplicateur de couple), par exemple un réducteur à 15 vis sans fin et roue tangente. Le moteur électrique d'assistance 7 est piloté à partir d'un calculateur électronique 9, en fonction de divers paramètres. Le calculateur électronique 9 contient la "logique" de contrôle de la direction assistée, et il stocke aussi, dans sa mémoire, les lois de pilotage de cette direction assistée. Pour le pilotage classique de la direction assistée électrique, et pour la mise en oeuvre du procédé de stabilisation active selon l'invention, le système de direction 1 comprend encore divers capteurs, en particulier des capteurs de paramètres intrinsèques à ce système de direction 1, à savoir: un capteur 10 de la position angulaire du volant 3, un capteur 11 de la position 25 angulaire du moteur électrique d'assistance 7, et un capteur 12 de couple dans le volant 3. Les signaux issus des trois capteurs 10, 11 et 12 sont dirigés vers le calculateur 9. A titre d'exemple, la figure 2 représente, en traits continus, une courbe Ai de variation de la position angulaire du volant 3, en fonction du 30 temps t exprimé en secondes, et en traits pointillés, une courbe correspondante A2 de variation de la position angulaire du moteur électrique d'assistance 7. Les deux courbes Ai et A2 se superposent sensiblement mais, comme indiqué dans la zone E, il peut se produire à un certain moment une excursion de la courbe A2, indiquant une rotation parasite du moteur électrique 35 d'assistance 7, non provoquée par une rotation du volant 3 imprimée volontairement par le conducteur du véhicule. Une telle déviation résulte d'éléments extérieurs au système de direction 1, qui perturbent la direction mécanique 4 et qui remontent vers le volant 3. Une telle perturbation est détectée et corrigée par le procédé objet de l'invention, grâce à un traitement particulier, effectué dans le calculateur 9, 5 des signaux issus des trois capteurs 10, 1 1 et 12. Cette action de compensation ou régulation peut être représentée, entre autres, par des lois supplémentaires d'assistance, telles qu'illustrées aux figures 3 et 4, qui se superposent aux lois d'assistance habituelles de la direction, gérées par le même calculateur 9: - La première loi, donnée par le diagramme de la figure 3, exprime la variation du couple de compensation C exercé par le moteur électrique d'assistance 7, en fonction de l'écart de vitesse de rotation Aỏ entre le volant 3 et le moteur électrique d'assistance 7. - La seconde loi, donnée par le diagramme de la figure 4, exprime la variation du couple de compensation C exercée par le moteur électrique d'assistance 7, en fonction de l'écart d'accélération Ay entre la rotation du moteur 7 et la rotation du volant 3. Ce processus de régulation n'est mis en oeuvre que sous certaines 20 conditions, dont la présence est vérifiée par un "test" effectué par le calculateur 9, à partir des divers signaux. En particulier, les conditions d'intervention de la régulation ici décrite sont, d'une part, que la position du moteur électrique d'assistance 7, donnée par le capteur 11, soit en avance de phase sur la position du volant 3, fournie par le capteur 10, et d'autre part, 25 qu'un effort résistant soit exercé sur le volant 3 par le conducteur, ce que peut indiquer le capteur de couple 12. Le détail du processus, incluant ce test de nécessité d'une compensation, et la vérification de la réalisation d'autres conditions, préalables à toute action compensatrice, est illustré par l'organigramme de la figure 5. Par 30 exemple, une condition à vérifier peut être la constatation d'une vitesse du véhicule supérieure à un seuil prédéterminé. Il va de soi que l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé de stabilisation active qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, respectant le 35 même principe, quels que soient notamment: - les caractéristiques de la direction mécanique 4, - la position du moteur électrique d'assistance 7, - les positions et types des capteurs 10, 1 1 et 12, - les détails de l'algorithme mis en oeuvre, qu'il s'agisse de la vérification ou constatation des conditions autorisant la compensation, ou de la régulation elle-même. REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation active d'un système de direction de véhicule automobile, en particulier d'une direction assistée électrique, pour la 5 compensation des vibrations et à-coups provenant de la direction mécanique (4) et remontant au volant de conduite (3), caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à: - détecter la position angulaire du volant de direction (3) et la position du moteur électrique d'assistance (7), 10 mesurer un effort ou couple dans le volant de conduite (3), - déterminer l'existence d'une relation particulière entre la position du volant (3), la position dudit moteur (7) et l'effort en couple dans le volant (3), et - si cette relation est vérifiée, agir sur la commande du moteur 15 électrique d'assistance (7), de manière à empêcher la rotation du volant (3), et à minimiser ainsi l'effort ou couple dans le volant (3). 2. Procédé de stabilisation active selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise un capteur (10) de position angulaire du volant de 20 conduite (3), un capteur (11) de position du moteur électrique d'assistance (7), un capteur (12) de couple au volant (3), et un calculateur (9) qui reçoit et traite les signaux issu de ces capteurs (10, 11, 12), et qui commande la rotation et position du moteur électrique d'assistance (7), en le régulant par rapport à la position du volant (3). 3. Procédé de stabilisation active selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il prend en considération, outre la détection et prise en compte de la position du volant (3) de la position du moteur électrique d'assistance (7) et de l'effort ou couple dans le volant (3), au moins une autre 30 grandeur choisie parmi la vitesse de rotation du volant (3) et du moteur électrique d'assistance (7), l'accélération de la variation de position du volant (3) et du moteur électrique d'assistance (7), et la vitesse de variation de l'effort en couple dans le volant (3). 4. Procédé de stabilisation active selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il exploite aussi d'autres informations disponibles dans l'unité de pilotage (9) de la direction assistée électrique, telles que l'accélération transversale du véhicule. 5. Procédé de stabilisation active selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la régulation, effectuée sur la position du moteur électrique d'assistance (7), est une régulation du type "PID" (régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée). 6. Procédé de stabilisation active selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une analyse de l'ordre de succession ou d'apparition des signaux, en particulier du fait que la posiiton (A2) du moteur électrique d'assistance (7) soit en avance de phase sur la position (Ai) du volant (3), considéré comme condition de mise en oeuvre du processus de régulation. 7. Procédé de stabilisation active selon la revendication 6, caractérisé en ce que le processus de régulation n'est mis en oeuvre qu'après vérification de la réalisation d'autres conditions, telles que la constatation d'une vitesse du véhicule supérieure à un seuil prédéterminé.