Brevet FR2849421A1 — publié le 20040702

Procédé et système de commande d'un véhicule à direction découplée. L'invention concerne un procédé de commande d'un véhicule à direction découplée, en cas de dysfonctionnement. Dans les véhicules à direction découplée, 5 appelée également " Steer by wire ", un volant de direction n'est plus relié mécaniquement à des roues directrices, mais est relié de manière électronique. Pour cela, une unité de support comporte un arbre de volant monté rotatif sur l'unité de support et sur 10 lequel le volant est monté. Un capteur d'angle de volant est monté également sur l'unité de support et donne une information de position du volant. Par ailleurs, des actionneurs, qui peuvent être hydrauliques ou électriques, agissent pour déterminer 15 la position des roues directrices, en fonction de l'information de position du volant. De plus, un dispositif de restitution d'efforts est lié à l'arbre de volant pour appliquer un couple de restitution pour que le conducteur ressente une résistance qui se 20 rapproche de celle qu'il ressentirait avec un système à direction mécanique. Cependant, compte tenu de l'importance du contrôle de la direction du véhicule pour la sécurité, on cherche à éliminer ou à minimiser les 25 risques dus à des défaillances d'organe du système de direction, par exemple avec un mode de commande de secours qui permette de continuer à contrôler le véhicule. Le document WO 01/23242 propose par exemple de doter l'unité de support de trois capteurs de position, le système comportant en outre trois calculateurs reliés respectivement à l'un des trois 5 capteurs. Deux unités de sélection surveillent les mesures fournies par les trois calculateurs et sélectionnent la plus réaliste des mesures pour fournir une information de position du volant en toutes circonstances. Cette solution par redondance est relativement onéreuse et complexe, puisqu'elle nécessite de mettre en place trois capteurs et calculateurs associés et un algorithme de gestion de la redondance. De plus, cette solution ne prend pas en compte un risque de 15 défaillance possible qui est le blocage du volant, en particulier à cause d'un dysfonctionnement du dispositif de restitution. Dans ce cas, comme le volant est bloqué, même avec trois capteurs de position, il n'est pas possible de continuer à 20 diriger le véhicule. C'est donc un objectif de l'invention de fournir un procédé de commande d'une direction découplée qui permette de continuer à diriger un véhicule, même en cas de défaillance d'un capteur de 25 position du volant ou de blocage du volant. L'invention a pour objet une méthode de commande de la direction d'un véhicule pour un système comportant une unité de support de volant et un volant monté sur l'unité de support et destiné à 30 être manipulé par un conducteur, des moyens de direction pour diriger le véhicule, des actionneurs agissant sur les moyens de direction pour modifier la direction du véhicule et des moyens de mesure liés au volant. La méthode détermine une consigne de direction en fonction d'informations issues des moyens de mesure et délivre ladite consigne aux actionneurs. Selon l'invention, on traite des informations issues des moyens de mesure pour diagnostiquer un dysfonctionnement et passer, dans ce cas, dans un mode de secours dans lequel on mesure en outre un 10 couple exercé entre le volant et l'unité de support, et on détermine la consigne de direction en fonction du couple mesuré. Ainsi, en cas de dysfonctionnement tel qu'un blocage du volant ou une perte d'une information de 15 position du volant, le conducteur exerce sur le volant un couple qui est mesuré, ce qui permet de connaître l'intention du conducteur et de déterminer, avec une loi adaptée, une consigne de position des moyens de direction tels que des roues du véhicule. 20 Lorsque le dispositif de restitution ne délivre plus de couple, par dysfonctionnement ou par la perte de l'information de position du volant, un couple résiduel apparaît malgré tout lors du mouvement du volant, d aux frottements et à une résistance 25 magnétique dans le cas d'un dispositif de restitution avec moteur. Ce couple est suffisant pour déterminer une intention du conducteur et en déduire une consigne de position des moyens de direction. Selon un premier perfectionnement, la consigne 30 de direction est déterminée, dans le mode de secours, par la simulation d'une position de volant fonction de la mesure de couple et d'une modélisation cinétique de l'unité de support de volant. La modélisation cinétique permet de trouver une simulation de la position du volant, et de commander la position des roues en conséquence. Dans le cas o 5 le volant est bloqué, la modélisation cinétique permet d'interpréter le couple appliqué par le conducteur sur le volant d'une manière similaire au couple qui serait restitué lors du fonctionnement normal. Dans le cas o l'information de position du 10 volant est perdue, l'unité de support est en général passive. La modélisation cinétique permet alors d'estimer la position réelle du volant. Plus précisément, la simulation de la position de volant est déterminée par la résolution de 15 l'équation d2ovs doms (doczs Jvs. d 2 =Cv-A d Ravs- Csec.sgni d) dt2 di t dans laquelle - avs est la position simulée du volant; - Cv est le couple mesuré entre le volant et l'unité 20 de support; - Jvs est une inertie des pièces entraînées par le volant; - A est un coefficient représentant un frottement fluide; - R est un coefficient représentant une raideur élastique; - Csec est un coefficient représentant un frottement sec; - Sgn(x) est une fonction donnant le signe de x. De préférence, la modélisation cinétique est fonction du dysfonctionnement diagnostiqué. Elle est différente par exemple dans le cas d'un blocage du 5 volant et dans le cas d'une perte d'information de la position du volant. Par exemple, dans le cas o l'unité de support comporte un dispositif de restitution à moteur électrique, et o le dysfonctionnement est un blocage 10 de volant, la modélisation cinétique simule une restitution d'effort au volant. Si le dysfonctionnement est une perte d'information de la position du volant, la modélisation cinétique simule le comportement de 15 l'unité de support. Dans le cas o l'unité de support comporte un dispositif de restitution passif, la modélisation cinétique simule une restitution d'efforts au volant. Selon un deuxième perfectionnement, l'unité de 20 support comporte un dispositif de restitution à moteur électrique, on estime un couple moteur délivré par le moteur électrique et, on compare le couple moteur et la mesure de couple pour diagnostiquer un blocage du volant. Classiquement, le moteur 25 électrique entraîne directement le volant, le rotor du moteur et le volant étant montés sur un même arbre. Dans certains cas, le moteur entraîne le volant par l'intermédiaire d'un réducteur; le couple moteur est alors à considérer à la sortie du 30 réducteur. Selon un troisième perfectionnement, les moyens de mesure délivrent une mesure de position du volant, on en déduit une vitesse de volant, on évalue une vitesse de volant estimée en fonction des 5 caractéristiques du moteur et de son courant d'alimentation, on diagnostique un dysfonctionnement de mesure de position de volant lorsque la vitesse de volant mesurée et la vitesse estimée ne sont pas cohérentes. L'invention a aussi pour objet un système de direction d'un véhicule comportant une unité de support de volant, un volant monté sur l'unité de support et destiné à être manipulé par un conducteur, et des moyens de mesure liés au volant, des moyens de 15 direction pour diriger le véhicule, des actionneurs agissant sur les moyens de direction pour modifier la direction du véhicule, des moyens de calcul pour déterminer une consigne de direction en fonction d'informations issues des moyens de mesure et la 20 délivrer aux actionneurs. Selon l'invention, les moyens de calcul traitent des informations issues des moyens de mesure pour diagnostiquer un dysfonctionnement et passer, dans ce cas, dans un mode de secours, le système 25 comportant en outre un capteur de couple pour mesurer un couple exercé entre le volant et l'unité de support, les moyens de calculs déterminant, dans le mode de secours, la consigne de direction en fonction du couple mesuré. 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 aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système à direction découplée conforme à l'invention; - la figure 2 est un diagramme représentant un procédé conforme à l'invention; - les figures 3 à 5 sont des graphiques représentant les valeurs de paramètres intervenant dans l'évaluation d'une consigne de position des roues 10 conformément à l'invention. Un système à direction découplée conforme à l'invention, tel que représenté sur la figure 1, comporte des roues 2 directrices d'un véhicule, non représenté, un actionneur 3 destiné à commander la 15 position des roues directrices par l'intermédiaire de biellettes 21, d'une manière connue en soi. Le système comporte également une unité de support 4 de volant sur laquelle est monté un volant 5. L'unité de support 4 comporte un dispositif de restitution 20 comprenant une unité d'alimentation 8, un moteur 41, le volant étant fixé sur un rotor 44 dudit moteur 41, de telle sorte que le volant 5 est monté rotatif sur l'unité de support 4. L'unité d'alimentation est reliée électriquement au moteur 41 pour lui fournir 25 un courant électrique icons sous une tension U. L'unité de support 4 comporte également un capteur de position 42 angulaire fournissant une information de position av angulaire du rotor 44 et donc du volant 5. Le système à direction découplée comporte en outre une unité de commande 6 électronique pour commander la position des roues 2 en fonction de la position du volant 5 imposée par un conducteur du véhicule. L'unité de commande 6 fournit en outre une consigne de couple Cr à l'unité d'alimentation 8 pour 5 que le moteur 41 simule une résistance opposée au mouvement du volant 5 d'une manière similaire à ce que le conducteur ressentirait avec un système de direction non découplée. L'unité de commande 6 reçoit l'information de position du volant av pour 10 déterminer une consigne de position des roues ozc à l'actionneur 3 d'une manière connue en soi. Conformément à l'invention, un capteur de couple 7 est interposé entre le rotor 44 et le volant 5. Le capteur de couple 7 délivre une information de 15 couple du volant Cv. Dès la mise en route du véhicule, l'unité de commande 6 exécute un procédé de diagnostic qui surveille l'apparition éventuelle de dysfonctionnements. Par exemple, pour diagnostiquer une perte de l'information de position du volant av, l'unité de commande 6 évalue une vitesse du volant selon la formule suivante: U - R.icons a>e = Ke dans laquelle owe est une estimation de la vitesse du volant, U est la tension du courant alimentant le moteur, R est une résistance électrique du rotor 44 du moteur 41, Ke est un coefficient contreélectromoteur, icons est l'intensité du courant 30 alimentant le moteur 41. Ensuite, la vitesse du volant est calculée par dérivation de l'information de position du volant av. Enfin, les deux vitesses sont comparées, et si elles ne concordent pas, alors on conclue à un 5 dysfonctionnement, à savoir que l'information de position du volant est erronée. Dans ce cas, on passe à un mode de secours, dans lequel une consigne de position des roues est évaluée sans utiliser l'information de position du volant, comme décrit plus loin. Le procédé de diagnostic surveille également un éventuel blocage du volant qui serait du par exemple à un dysfonctionnement du dispositif de restitution ou à un grippage de paliers. Pour cela, en se 15 référant à la figure 2, selon le procédé de diagnostic, on effectue, après une étape générale d'initialisation 30, une mise à zéro d'un compteur de temps Dt à l'étape 31. A l'étape 32, on acquiert la mesure du couple volant Cv fournie par le capteur de 20 couple 7, celle de la position du volant av fournie par le capteur de position 43, et celle de l'intensité du courant icons alimentant le moteur 41. Ensuite, à l'étape 33, on effectue un calcul de la vitesse de volant aw par la dérivation de 25 l'information de position av, et un calcul de la vitesse théorique wvth par l'intégration de la formule: dvth J. =Cm +Cv di dans laquelle J est l'inertie des pièces du 30 dispositif de restitution en mouvement avec le volant et Cv est le couple mesuré. Le couple Cm est une estimation du couple fourni par le moteur 41. Par exemple, dans le cas d'un moteur à courant continu, le couple Cm est estimé selon la formule Cm=Kc.Icons dans laquelle Kc est une constante connue du moteur 41. Eventuellement, l'unité d'alimentation 28 fournit directement l'estimation du couple Cm. Eventuellement, pour s'affranchir d'un décalage dans la mesure du couple Cv, il est possible de 10 réinitialiser wath à zéro à chaque fois que la vitesse du volant av et le couple mesuré Cv sont sensiblement nuls simultanément. Ensuite, lors de l'étape de test 34, on vérifie si la valeur absolue de la vitesse de volant Wv est 15 inférieure à un premier seuil Si, auquel cas on passe à l'étape de test 35. Dans le cas contraire, on revient à l'étape 31. Lors de l'étape de test 35, on vérifie si la valeur absolue de la vitesse théorique oath est 20 supérieure à un deuxième seuil S2, auquel cas on passe à l'étape 36. Dans le cas contraire, on revient également à l'étape 31. A l'étape 36, on réévalue le compteur de temps Dt. Puis à l'étape de test 37, on vérifie si le 25 compteur de temps Dt est supérieur à un délai St prédéterminé, auquel cas on considère qu'un blocage de volant a eu lieu. On passe alors, lors de l'étape 38, au mode de secours. Si le délai St n'est pas dépassé, on reprend le déroulement du procédé à 30 partir de l'étape 32. A la place du procédé de diagnostic exposé sur la figure 2, il est envisageable de comparer directement le couple mesuré Cv et le couple estimé Cm. Par exemple, si les valeurs filtrée ont une 5 différence qui excède 3 Nm, on peut considérer que le volant est bloqué et passer en mode de secours. En mode de secours, la consigne de couple Cr est nulle, car il n'est plus possible de la déterminer. On détermine de préférence la consigne de 10 direction en simulant une position du volant par la résolution de l'équation: d2ovs doxvs (davs Jvs. d2 =Cv-A d- R.avs-Csec.sgni das dt2 d ydi dans laquelle - avs est une position simulée du volant, en 15 radians; - Cv est le couple mesuré entre le volant et l'unité de support, en N.m; Jvs est une inertie des pièces entraînées par le volant, en kg.m2; - A est un coefficient représentant un frottement fluide, en N.m.s/rad; - R est un coefficient représentant une raideur élastique, en N.m/rad; - Csec est un coefficient représentant un frottement 25 sec, en N.m; - Sgn(x) est une fonction donnant -1 si x est négatif, 1 si x est positif, et 0 si x est nul. La consigne de position des roues cire vaut alors par exemple cavs/17. Cependant, une loi non linéaire peut aussi être appliquée. Les valeurs des coefficients sont déterminées en fonction du type de dysfonctionnement qui a provoqué le passage en mode 5 de secours. Si le dysfonctionnement est un blocage du volant, on appliquera des valeurs qui permettent d'obtenir une position des roues avec un couple semblable à celui qui serait restitué au conducteur en cas de fonctionnement normal, même si maintenant 10 le volant est immobilisé. Les valeurs des coefficients évoluent en fonction de la position simulée du volant et de la vitesse du véhicule. Les figures 3 à 5 montrent des exemples respectivement pour les coefficients A, R et Csec, tandis que le 15 coefficient Jvs vaut 0,03 kg.m2. Dans le cas o le dysfonctionnement est une perte d'information de la position du volant, le volant est libéré, car aucun couple de restitution n'est délivré par le moteur. Les coefficients sont 20 alors choisis pour simuler le fonctionnement cinétique du dispositif de restitution. Un système selon l'invention peut comporter un dispositif de restitution passif ne comprenant pas de moteur électrique 41, mais comportant un ressort 43 25 pour ramener de manière élastique le volant 5 vers une position neutre, avec éventuellement un amortisseur. Dans ce cas, le dispositif de restitution délivre toujours un couple de restitution. Les coefficients seront alors choisis de 30 la même manière que dans le cas du volant bloqué. Le système selon l'invention peut également comporter un motoréducteur à la place du moteur. Dans ce cas, on considère que le couple moteur Cm est celui délivré sur un arbre de sortie du motoréducteur. Le coefficient représentant l'inertie est adaptée pour prendre en compte le rapport de 5 vitesses des éléments entraînés dans le motoréducteur. Les moyens de direction du véhicule ne sont pas obligatoirement des roues, mais tout système adapté tel que des chenilles. De même, le volant doit être 10 compris comme un moyen d'interface entre le véhicule et le conducteur. Sa fonction peut être remplie par un levier pivotant ou un curseur. Dans ce dernier cas, la mesure de couple est remplacée de manière équivalente par une mesure de force. REVENDICATIONS 1. Méthode de commande de la direction d'un véhicule pour un système comportant une unité de support (4) de volant et un volant (5) monté sur l'unité de support (4) et destiné à être manipulé par 5 un conducteur, des moyens de direction (2) pour diriger le véhicule, des actionneurs (3) agissant sur les moyens de direction (4) pour modifier la direction du véhicule et des moyens de mesure (42) liés au volant, la méthode déterminant une consigne 10 de direction (cre) en fonction d'informations (av) issues des moyens de mesure (42) et délivrant ladite consigne aux actionneurs (3), caractérisée en ce qu'on traite des informations (av, Cv) issues des moyens de mesure pour diagnostiquer un dysfonctionnement et passer, dans ce cas, dans un mode de secours, dans lequel on mesure en outre un couple (Cv) exercé entre le volant (5) et l'unité de support (4), et on détermine la consigne de direction (0,c) en fonction du couple mesuré (Cv). 2. Méthode de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que la consigne de direction (oec) est déterminée, dans le mode de secours, par la simulation d'une position de volant (avs) fonction de la mesure de couple (Cv) et d'une 25 modélisation cinétique de l'unité de support de volant (4). 3. Méthode de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que la simulation de la position du volant (avs) est déterminée par la résolution de l'équation: d2oavs dxs (doavs Jvs. = Cv- A--R.cavs - Csec.sgnda dt2 dt ydt dans laquelle: - avs est la position simulée du volant (5) - Cv est le couple mesuré entre le volant (5) et l'unité de support (4) ; - Jvs est une inertie des pièces entraînées par le volant (5) ; - A est un coefficient représentant un frottement 10 fluide; - R est un coefficient représentant une raideur élastique; - Csec est un coefficient représentant un frottement sec; - Sgn(x) est une fonction donnant le signe de x. 4. Méthode de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que la modélisation cinétique est fonction du dysfonctionnement diagnostiqué. 5. Méthode de commande selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'unité de support (4) comporte un dispositif de restitution à moteur électrique (41), et, dans le cas o le dysfonctionnement est un blocage de volant, la 25 modélisation cinétique simule une restitution d'effort au volant (5). 6. Méthode de commande selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'unité de support (4) comporte un dispositif de restitution à moteur électrique (41) , et, dans le cas o le dysfonctionnement est une perte d'information de la 5 position du volant, la modélisation cinétique simule le comportement de l'unité de support (4). 7. Méthode de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'unité de support (4) comporte un dispositif de restitution 10 passif, la modélisation cinétique simulant une restitution d'efforts au volant (5). 8. Méthode de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité de support (4) comporte un dispositif de restitution à 15 moteur électrique (41), on estime un couple moteur (Cm) délivré par le moteur électrique (41) et, on compare le couple moteur (Cm) et la mesure de couple (Cv) pour diagnostiquer un blocage du volant (5). 9. Méthode de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de mesure délivre une mesure de position du volant (av), on en déduit une vitesse de volant (ais), on évalue une vitesse de volant estimée (mve) en fonction des caractéristiques du moteur et de son courant 25 d'alimentation (Icons, U) , on diagnostique un dysfonctionnement de mesure de position de volant (av) lorsque la vitesse de volant mesurée (av) et la vitesse estimée (cve) ne sont pas cohérentes. 10. Système de direction d'un véhicule 30 comportant une unité de support de volant (4), un volant (5) monté sur l'unité de support (4) et destiné à être manipulé par un conducteur, et des moyens de mesure (42) liés au volant, des moyens de direction (2) pour diriger le véhicule, des actionneurs (3) agissant sur les moyens de direction 5 (2) pour modifier la direction du véhicule, des moyens de calcul (6) pour déterminer une consigne de direction (orc) en fonction d'informations (av) issues des moyens de mesure et la délivrer aux actionneurs (3), caractérisé en ce que les moyens de 10 calcul (6) traitent des informations (av, Cv) issues des moyens de mesure pour diagnostiquer un dysfonctionnement et passer, dans ce cas, dans un mode de secours, le système comportant en outre un capteur de couple (7) pour mesurer un couple (Cv) 15 exercé entre le volant (5) et l'unité de support (4), les moyens de calculs (6) déterminant, dans le mode de secours, la consigne de direction (orc) en fonction du couple mesuré (Cv).