Brevet FR2856973A1 — publié le 20050107

L'invention concerne un procédé de commande d'un frein d'un volant d'un système de direction découplé d'un véhicule automobile. Comme représenté sur la figure 1 du dessin annexé, un dispositif de commande "par fil" d'une direction d'un véhicule automobile V (ou système de direction découplé ou, en anglais, "Steer-by-wire") comporte classiquement un volant de direction 5, un restituteur d'effort 7, un module d'asservissement de restituteur 8, un actionneur 11 et un module d'asservissement d'actionneur 12, et un calculateur 13. L'actionneur 11 oriente les roues directrices 15 du véhicule automobile V. Le dispositif de commande fonctionne de la manière suivante: La position angulaire e du volant 5, représentative de la volonté d'un conducteur à bord du véhicule V, est mesurée par un capteur, par exemple intégré dans le restituteur 7, et transmise au calculateur 13. Le calculateur 13 déduit de la position 8, selon une loi de commande d'actionneur dûment programmée, un angle de consigne Acons pour les roues 15 et transmet cet angle de consigne Acons au module d'asservissement d'actionneur 12. Le module d'asservissement 12 commande alors l'actionneur 11 de manière à asservir l'angle de braquage A des roues 15 à l'angle de consigne Aco"s. La direction du véhicule est ainsi modifiée pour répondre au souhait du conducteur. Pour qu'un système de direction découplé soit facilement accepté par le conducteur, il est souhaitable que ce conducteur ressente, lorsqu'il tourne le volant 5, une réaction similaire à celle qu'il ressentirait si le volant 5 était couplé mécaniquement ou hydrauliquement, selon la technique classique, à l'actionneur 11. A cet effet, le calculateur 13 déduit également de la position e, selon une loi de commande de restituteur dûment programmée, un couple de consigne de restituteur Cc Test. Le calculateur 13 transmet le couple de consigne de restituteur Cc Test au module d'asservissement de restituteur 8. Le module d'asservissement 8 commande alors le restituteur 8 de manière à asservir le couple moteur Cmot qu'il exerce sur le volant 5 au couple de consigne de restituteur Cc_rest. En particulier, il est important que le conducteur ressente une butée lorsqu'une position extrême du volant 5, ou position de butée , est atteinte. Classiquement, les positions de butée correspondent aux positions de braquage maximal des roues 15. Avec un système de direction découplé, la position de butée peut cependant être variable, le rapport de démultiplication entre l'angle du volant 5 et celui des roues 15 pouvant avantageusement varier en fonction de la situation de conduite. Des butées mécaniques, par exemple disposées sur la crémaillère, ne permettent pas de modifier facilement les positions de butée. US 5 247 441 divulgue un dispositif comportant un restituteur d'effort actif adapté pour appliquer une force de réaction élevée sur le volant quand le volant atteint une position de butée. Un tel dispositif est cependant coûteux et encombrant, en particulier du fait que le restituteur est nécessairement dimensionné pour être capable de fournir un effort d'amplitude suffisante pour simuler une butée. De préférence, le dispositif de commande comporte donc un frein 20, commandé par le calculateur 13 et apte à freiner le volant 5 quand ce dernier atteint une position de butée. On connaît par exemple de WO 02/40336 un dispositif comportant un frein électromagnétique. Ce dispositif est utilisable même si le restituteur est passif, la restitution d'effort étant par exemple obtenue au moyen de ressorts ou par frottements. WO 02/40336 ne décrit cependant pas la loi de commande de ce dispositif. II existe donc un besoin pour un procédé de commande d'un frein d'un volant d'un système de direction découplé apte à simuler efficacement une position de butée variable. Le but de la présente invention est de répondre à ce besoin. Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un procédé de commande d'un frein d'un volant d'un système de direction découplé d'un véhicule automobile, comportant les étapes successives suivantes: a) détermination d'une position de butée ()butée dudit volant; b) serrage ou desserrage dudit frein au moins en fonction de la position dudit volant par rapport à ladite position de butée. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce que ladite position de butée est déterminée selon la formule suivante: (1) ()butée(t) = e(t). Amax/Acns(t) où t désigne le temps, ebutée(t) désigne ladite position de butée à l'instant t, - 9(t) désigne la position dudit volant à l'instant t, - Amax désigne l'angle de braquage maximal des roues directrices dudit véhicule, - Acons(t) désigne une consigne d'angle de braquage desdites roues à l'instant t. La position de butée dépend donc de la position du volant et de la consigne donnée à l'actionneur des roues, ce qui permet une très grande souplesse dans la détermination de la position de butée, et ainsi une adaptation efficace à de nombreuses situations de conduite. Selon d'autres caractéristiques préférées de l'invention, - Acons est déterminé selon la formule suivante: (2) Acons(t) = 9(t).f(8(t),vv(t)), où f est une fonction de 9(t) et de la vitesse instantanée vv(t) dudit véhicule. A l'étape b), on serre ledit frein si les conditions suivantes sont remplies simultanément: A2) 9(t) I I ebutée(t) ; A3) le(t) > 19(t-T) I où T est une période d'échantillonnage; - A l'étape b), on desserre ledit frein si la condition suivante est remplie: B2) ((9(t) > 0) et (Ccond - Crest)) où Ccond est une mesure du couple exercé sur ledit volant par ledit conducteur et 25 Cree est une estimation du couple exercé sur ledit volant par un restituteur dudit système de direction découplé, respectivement. - A tout instant, on desserre et on bloque en position desserrée ledit frein si la condition suivante est remplie: (5) a(tk) - (ëTH(tk) I > Seuil où w(tk) est la dérivée temporelle, à l'instant tk, de la position 0(t) et WTH(tk) est calculé selon la formule suivante: (4) WTH(tk) = (1/J) * Jtk -T (Crest(t) + Ccond (t)) dt où J désigne le moment d'inertie dudit volant, Ccond(t) est une mesure instantanée du couple exercé par un conducteur dudit véhicule sur ledit volant, Crest(t) est une estimation instantanée du couple exercé par ledit restituteur sur le volant, et T' est une durée d'intégration prédéterminée; - On desserre et on bloque en position desserrée ledit frein si la condition (4) est remplie pendant une durée prédéterminée; - On réinitialise OTH à zéro si la condition suivante est remplie: 10)I L'invention concerne également un système de direction découplé comportant un frein d'un volant de direction commandé selon un procédé de commande conforme à l'invention, et un véhicule automobile pourvu d'un tel système de direction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 précédemment décrite, est une représentation schématique d'un 5 système de direction découplé de véhicule automobile, - la figure 2 est un diagramme fonctionnel du procédé selon l'invention, et - la figure 3 est un graphe utile à la description du procédé suivant l'invention. Sur la figure 1, les flèches entre les éléments dessinés représentent des flux d'informations, par exemple des flux d'instructions de commande ou de mesures de grandeurs physiques, entre ces éléments. On se reporte à présent à la figure 2 pour décrire le mode de réalisation préféré de l'invention, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Le calculateur 13 évalue en temps réel une position de butée selon la formule suivante: (1) ebutée(t) = 8(t). Amax/Acons(t) Amax est l'angle de braquage maximal possible des roues directrices 15. C'est une constante d'environ 45 qui dépend du véhicule V considéré. 0(t) est l'angle instantané du volant 5. Acons(t) est de préférence déterminé selon la formule suivante: 20 (2) Acons(t) = 0(t).f(8(t),vv(t)), où f est une fonction, de préférence cartographiée, telle que, par exemple, celle représentée sur la figure 3, et où vv(t) est la vitesse instantanée du véhicule V. Le facteur f permet de faire varier l'effet d'une modification de l'angle 0 du volant 5 sur la consigne d'angle des roues 15. De préférence, f est inversement proportionnel à la vitesse du véhicule ou, sensiblement constant dans certaines plages de vitesses. Avantageusement, le véhicule est ainsi moins sensible aux modifications de l'angle du volant 5 quand le véhicule roule vite, ce qui améliore la tenue de route. Au contraire, à vitesse lente, l'angle des roues 15 évolue rapidement avec l'angle du volant 5. Le conducteur peut ainsi facilement effectuer des créneaux, par exemple. De préférence encore, f est inversement proportionnel à l'angle du volant 5 ou, sensiblement constant dans certaines plages d'angles 0 du volant 5. Avantageusement, le véhicule est ainsi plus sensible à une variation de l'angle du volant 5 quand le véhicule roule droit, ce qui permet de modifier facilement la direction du véhicule par exemple pour tourner. Le calculateur 13 évalue également en temps réel si la position du frein 20 est correcte ou doit être modifiée. Il procède de préférence de la manière suivante. Dans la suite de la description, F désigne la position du frein 20. Le frein 20 peut être serré, c'est-à-dire être dans la position S, ou desserré dans la position 10 S*. Le signe := symbolise l'attribution d'une position. On appelle position neutre la position où les roues 15 sont droites et où, par convention, 0 = O. Le calculateur 13 relève régulièrement la position du frein 20, par exemple par mesure du courrant électrique circulant dans le bobinage du frein 20 lorsque le 15 frein 20 est électromagnétique. Si le frein 20 est desserré (bloc (a) de la figure 2), c'est-à-dire F = S*, (condition Al), le calculateur 13 vérifie si les conditions suivantes sont remplies simultanément (bloc (b)) : A2) 1 e(t) 1 1 ebuté(t) I A3) 10(t) I > 1 e(t-T) où T est une période d'échantillonnage, par exemple égale à 0,01 seconde. Dans ce cas, le calculateur 13 ordonne le serrage du frein (F:= S; voir (bloc (c)). La condition A2 signifie que le frein 20 n'est serré que si la position 25 mesurée du volant a dépassé la position de butée calculée. Si cette condition n'est pas respectée, aucun blocage du volant n'est souhaitable. La condition A3 signifie que le conducteur est en train de s'écarter de la position neutre. De préférence, si une des conditions Al, A2 et A3 vérifiée n'est pas 30 remplie, le calculateur 13 ne vérifie pas celles qu'il n'a pas encore contrôlées. Si le frein 20 est serré, c'est-à-dire F = S, (condition B1), le calculateur 13 vérifie si la condition suivante est remplie (bloc (d)): B2) ((8(t) > 0) et (Ccond -Crest)) où Ccond est une mesure du couple exercé sur le volant 5 par le conducteur et Crest 5 est une estimation du couple exercé sur le volant 5 par le restituteur 7, respectivement. Dans ce cas, le calculateur 13 ordonne le desserrage du frein (F:= S* ; voir (bloc (e)). Si le restituteur 7 est passif, le couple Crest exercé sur le volant 5 par le 10 restituteur 7 peut être estimé en fonction de la position 0(t) du volant. Si le restituteur 7 est actif, le couple Crest est de préférence choisi égal au couple de consigne de restituteur Cc rest. De préférence encore, Cc_rest est déterminé par le calculateur 13 en fonction de la position 8(t) dudit volant 5 et/ou de la dérivée temporelle w(t) de la position 8(t) et/ou de la vitesse instantanée vv(t) dudit véhicule. De préférence, (3) Cc rest(t) = R(8(t), vv(t)) + B(8(t), vv(t)). w(t) + C(vv(t)).sgn(w(t) ) où sgn(w(t)) est égal à 1 ou -1 selon que w(t) est positif ou négatif, respectivement, R est une fonction linéaire par morceaux dont l'angle représente la raideur ressentie par le conducteur, C est un coefficient de frottement sec, et B est un coefficient d'amortissement. Ccond peut être évalué au moyen d'un capteur positionné par exemple dans 25 le restituteur 7. La condition B2 signifie que le couple exercé par le restituteur 7 pour ramener le volant 5 vers la position neutre est supérieur à celui exercé par le conducteur pour s'en écarter. Autrement dit, si le frein 20 est serré, le calculateur 13 ordonne de le desserrer si, après desserrage, l'action du restituteur 7 conduira à ramener le volant 5 vers la position neutre. Cette situation se produit par exemple si le conducteur cesse de forcer le volant 5 au-delà de la position de butée, si le conducteur essaie lui-même de ramener le volant 5 vers la position neutre, ou encore si le couple exercé par le restituteur 7 a été suffisamment augmenté pour surmonter l'effort exercé par le conducteur pour forcer le volant 5 au-delà de la 5 position de butée. De préférence, si la condition BI n'est pas remplie, le calculateur 13 ne vérifie pas la condition B2. Comme représenté sur la figure 2, le calculateur 13 renouvelle en permanence les tests décrits ci-dessus. Parallèlement à ces tests, le calculateur 13 surveille également l'état de fonctionnement du restituteur 7, du capteur de mesure du couple Ccond exercé par le conducteur sur le volant 5, et du capteur de mesure de la position angulaire 0 du volant 5. A cette fin, le calculateur 13 calcule, à l'instant tk, la fonction WTH(tk) selon la formule suivante: (4) WTH(tk) _ (1/J) * jtk-T (Crest(t) + Ccond(t)) dt où J désigne le moment d'inertie du volant 5, Ccond(t) est une mesure instantanée du couple exercé sur le volant 5 par le conducteur, Crest(t) est une estimation instantanée du couple exercé par le restituteur 7 sur le volant 5, et T' est une durée d'intégration prédéterminée. Si le restituteur 7 est passif, le couple Crest(t) peut être estimé en fonction de la position 0(t) du volant 5. Si le restituteur 7 est actif, le couple Crest(t) est de préférence choisi égal au couple de consigne de restituteur 7 Cc_rest(t) qui, de préférence, est calculé au moyen de la formule (3). L'intégration temporelle de (Crest(t) + Cc,nd(t)) peut être faite sur un intervalle 25 de temps T' quelconque précédent immédiatement l'instant tk. T' est de préférence compris entre 0,001 s et 0,01 s. Le calculateur 13 calcule également W(tk) par dérivation temporelle de la position angulaire 0(t) mesurée par le capteur de position du volant 5. Le calculateur 13 compare alors les valeurs de WTH(tk) et de w(tk). Si les capteurs de position 0(t) du volant 5 et de mesure du couple Coend ou le restituteur 7 ne fonctionnent correctement, alors I W(tk) - OTH(tk) 1 s'écarte de zéro. Selon l'invention, si I (ù(tk) - OTH(tk) I est supérieur à une valeur de seuil Seuil,, le calculateur 13 passe en mode dégradé, c'est-à-dire desserre le frein 20 et le bloque en position desserrée. Avantageusement le mode dégradé évite tout blocage intempestif du volant 5. De préférence, le passage en mode dégradé est signalé au conducteur. La valeur de seuil Seuil, est de préférence une constante de l'ordre de 10 /s. Le calculateur 13 réitère à intervalles réguliers le calcul de WTH(tk) et de w(tk) et la comparaison avec la valeur de seuil Seuil,. De préférence encore, pour éviter 10 toute fausse détection, la condition (5) o(tk) - ê TH(tk) > Seuil, doit être remplie pendant une durée déterminée, c'est-à-dire être vérifiée lors d'une pluralités de tests effectués à des instants tk consécutifs, avant que le calculateur 13 ne décide de passer en mode dégradé. Cette durée est par exemple de 1 à 2 secondes consécutives. De préférence, pour éviter les effets préjudiciables d'une dérive de la mesure de Ccond, le calculateur 13 réinitialise aTH(t) à zéro quand la condition suivante est remplie: I W Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un frein (20) d'un volant (5) d'un système de direction découplé d'un véhicule automobile (V), comportant les étapes 5 successives suivantes: a) détermination d'une position de butée ()butée dudit volant (5) ; b) serrage ou desserrage dudit frein (20) au moins en fonction de la position dudit volant (5) par rapport à ladite position de butée; caractérisé en ce que ladite position de butée est déterminée selon la formule suivante: (1) Obutée(t) = 0(t). Amax/Acons(t) où - t désigne le temps, - Obutée(t) désigne ladite position de butée à l'instant t, - 0(t) désigne la position dudit volant (5) à l'instant t, - Ami désigne l'angle de braquage maximal des roues directrices (15) dudit véhicule, - Acons(t) désigne une consigne d'angle de braquage desdites roues (15) à l'instant t. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Acons est déterminé selon la formule suivante: (2) Acons(t) = e(t).f(0(t),vv(t)), où f est une fonction de 0(t) et de la vitesse instantanée vv(t) dudit véhicule. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape b), on serre ledit frein (20) si les conditions suivantes sont remplies simultanément: A2) 1 e1 10butée(t)1; A3) 0(t) > 1 0(t-T) où T est une période d'échantillonnage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape b), on desserre ledit frein (20) si la condition suivante est remplie: B2) ((8(t) > 0) et (Ccond -Crest)) où Ccond est une mesure du couple exercé sur ledit volant (5) par un conducteur dudit véhicule (V) et Crest est une estimation du couple exercé sur ledit volant (5) par un restituteur (7) dudit système de direction découplé, respectivement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à tout instant, on desserre et on bloque en position desserrée ledit frein 10 (20) si la condition suivante est remplie: (5) I o (tk) - TH(tk) > Seuil (4) @TH(tk) = (1/J) * ftk T (Crest(t) + Ccond(t)) dt où w(tk) est la dérivée temporelle, à l'instant tk, de la position 0(t) et OTH(tk) est calculé selon la formule suivante: où J désigne le moment d'inertie dudit volant (5), Ccond(t) est une mesure instantanée du couple exercé par un conducteur dudit véhicule sur ledit volant (5), Crest(t) est une estimation instantanée du couple exercé par ledit restituteur (7) sur ledit volant (5), et T' est une durée d'intégration prédéterminée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on desserre et on bloque 20 en position desserrée ledit frein (20) si la condition (4) est remplie pendant une durée prédéterminée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on réinitialise @TH à zéro si la condition suivante est remplie: lcol 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit restituteur (7) est actif et Crest est évalué en fonction de la position 0(t) dudit volant (5) et/ou de la dérivée temporelle co(t) de ladite position 0(t) et/ou de la vitesse instantanée vv(t) dudit véhicule. 10.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que Cree est déterminé au moyen de la formule suivante: (3') Crest(t) = R(e(t), vv(t)) + B(e(t), vv(t)). (0(t) + C(vv(t))Ésgn(a(t) ) où - sgn(w(t)) est égal à 1 ou -1 selon que la dérivée temporelle (t) de 0(t) est positive ou négative, respectivement, R est une fonction linéaire par morceaux, - C est un coefficient de frottement sec, et B est un coefficient d'amortissement. 11.Système de direction découplé comportant un frein (20) de volant de direction (5), caractérisé en ce que ledit frein (20) est commandé selon un procédé de commande conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 12.Véhicule automobile pourvu d'un système de direction découplé selon la revendication 11.