Brevet FR2848974A1 — publié le 20040625

L'invention concerne un procédé d'établissement de 5 la position angulaire du volant d'un véhicule automobile, équipé d'un système d'assistance électrique à la direction qui comporte un moteur d'assistance électrique destiné à appliquer à la colonne de direction solidaire du volant un couple d'assistance approprié et un 10 calculateur électronique de pilotage du moteur électrique d'assistance à partir d'informations sur la position angulaire du volant ainsi que des moyens de mémoire des données. Il s'est avéré que l'information concernant la 15 position angulaire du volant est de plus en plus nécessaire dans la conduite d'un véhicule, notamment pour la fonction de retour automatique du volant, les algorythmes de régulation de la fonction d'assistance De plus cette information doit être transmise à l'équipement 20 ESP en charge de la stabilité générale du véhicule. Pour remplir ces fonctions, il est connu d'utiliser un capteur de position ou des algorythmes de détermination de l'angle du volant. A ces exigences s'ajoute comme problématiques 25 supplémentaires que l'information d'angle doit être disponible dès le démarrage du véhicule, c'est-à-dire à l'initialisation de l'électronique de la direction d'assistance électrique (DAE), que la précision et l'exactitude de l'angle jouent un rôle de plus en plus 30 important et que le volant peut être tourné d'un angle important lorsque l'ignition du véhicule est coupée. Pour remplir ces fonctions, il est connu d'utiliser un capteur de position volant, avec zéro absolu, ce qui entraîne un surcot important sur le prix du système de 35 direction. La présente invention a pour but de proposer un procédé d'établissement de la position angulaire du volant, qui permet d'éliminer les problèmes de l'état de la technique, qui viennent d'être énoncés. Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la position angulaire du volant est établie à partir des données relatives à la position angulaire du rotor du moteur d'assistance. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, 10 caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un système de direction assistée électrique (DAE) pour véhicule automobile, selon l'état de la technique, la figure 2 est un schéma synoptique fonctionnel illustrant le procédé selon l'invention. La figure 1 montre, pour faciliter la compréhension de l'invention, un système de direction assistée électrique (DAE) pour véhicule automobile qui comprend un dispositif de colonne de direction 1 portant à son extrémité supérieure un volant de direction 2 susceptible 25 d'être actionné par le conducteur du véhicule, un dispositif de direction mécanique 3 sur lequel agit l'extrémité inférieure de la colonne de direction 1 et un moteur d'assistance électrique 4 auquel est associé un réducteur 5. Le dispositif de direction mécanique 3 comporte, de façon connue en soi, un boîtier de direction 6 à l'intérieur duquel est axialement mobile une crémaillère non représentée et des barres d'accouplement côté droit et côté gauche 6, 7 accouplée chacune par une extrémité à 35 la crémaillère et à l'autre extrémité au dispositif de direction d'une roue avant du véhicule La crémaillère est déplacée axialement par un pignon non représenté, qui est solidaire en rotation de l'extrémité inférieure de la colonne de direction 1 Etant donné que le volant 2 est monté solidaire en rotation sur l'extrémité supérieure de la colonne de direction 1, une rotation de ce volant 5 provoque, par l'intermédiaire de la colonne de direction 1, le déplacement axial des barres d'accouplement 7 et 8. Le moteur d'assistance 4 est piloté par un calculateur électronique 10 comportant un dispositif ECU, une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM ou FLASH) 10 et une mémoire morte effaçable électriquement et programmable (EEPROM) qui est une mémoire non-volatile. Le système d'assistance traditionnel comporte en outre un capteur de couple 11 et un capteur 12 d'angle de la colonne de direction Il est également connu d'associer 15 au moteur d'assistance 4 un résolveur 13 destiné à établir la position angulaire du rotor du moteur, fonction qui pourrait aussi être accomplie par un capteur à effet Hall. L'invention propose un procédé d'établissement de 20 la position angulaire du volant 2, dans un système d'assistance électrique à la conduite, dont une particularité majeure réside dans le fait qu'il peut se passer d'un capteur de la position angulaire du volant, tel que le capteur 12 représenté sur la figure 1, en se 25 basant sur des données de position du rotor du moteur 4, qui sont établies pour le pilotage de ce dernier. Ces données étant fiables et précises, il est possible d'en déduire exactement l'évolution de la position du volant dans le temps et dès l'initialisation 30 du système, sans nécessiter le capteur de position. La figure 2 donne le schéma synoptique fonctionnel d'un calculateur 10 selon l'invention, les différentes fonctions étant matérialisées par des modules représentés sous forme de rectangles ou cercles On constate que le 35 moteur 4 est commandé par un module de commande de moteur 14 sous l'effet d'un signal en provenance d'un sommateur 15 et d'un signal en provenance du résolveur 13 de détermination de la position angulaire du rotor du moteur 4 Le sommateur 15 établit le signal à appliquer au module 14 à partir de trois signaux d'entrée Un premier signal d'entrée est fourni par un module 16 5 d'assistance de base destiné à déterminer un couple de consigne à partir d'un signal de couple C en provenance d'un module 17 de mise en forme et de vérification de la validité des signaux engendrés par le capteur de couple 11 indiqué sur la figure 1 et à partir de 10 l'information relative à la vitesse V du véhicule fournie par un module 18 de mise en forme et de vérification des signaux en provenance du dispositif de bus 19 de transmission de données du véhicule Le sommateur reçoit à une deuxième entrée des signaux de sortie d'un 15 module 20 de réversibilité active permettant le retour du volant vers sa position 0 Ce module produit son signal de sortie à partir de l'information relative à la vitesse V du véhicule et d'une information relative à la position angulaire du rotor du moteur 4, donnée par un 20 module de calcul de l'angle du rotor, désigné par la référence 21 Le sommateur reçoit un troisième signal d'entrée en provenance d'un module 22 relatif à d'autres fonctions du système d'assistance électrique, établies à partir d'une information sur la vitesse angulaire O du 25 rotor du moteur d'assistance 4, fournie par un module 23 de mise en forme des signaux de position angulaire du rotor du moteur 4 en provenance du résolveur 13 de détermination de l'angle du rotor. La figure 2 montre en plus des modules qui viennent 30 d'être cités et qui constituent la couche d'application du calculateur 10, la couche basse 24 qui contient l'ensemble des programmes qui permettent de faire tourner la couche applicative et gérer la communication avec le côté équipement De cet ensemble ne sont indiqués que les 35 fonctions d'arrêt et d'initialisation, indiquées respectivement par les référence 25 et 26, dans la mesure o ce sont particulièrement ces deux fonctions qui jouent un rôle dans le cadre de la présente invention A ces fonctions ou modules essentiels pour l'invention s'ajoute la mémoire non volatile EEPROM désignée par la référence 27. Une caractéristique essentielle réside dans le fait, comme cela est symbolisé par des lignes fléchées, que, lors d'un arrêt du véhicule, les angles du volant et du rotor du moteur 4 sont inscrits dans la mémoire EEPROM 27 comme cela est indiqué par les valeurs Oeeprom et 10 xeeprom Ces valeurs sont lues lors d'une initialisation et transmises au module 21 de calcul de l'angle moteur adapté pour établir l'angle volant O init à l'initialisation et l'angle volant Ot en recevant aussi du module 23 la valeur de l'angle x(t) du rotor du moteur 4. On décrira ci-après le procédé selon l'invention à l'aide des mesures préconisées par l'invention dans les différents états du système DAE, à savoir lors du déblocage de la colonne de direction 1, lors de l'initialisation du système DAE, lors du fonctionnement, 20 de l'arrêt, et du blocage de celui-ci et lors de l'arrêt du véhicule. Lors du déblocage de la colonne, un problème se pose lorsque le conducteur fait tourner le volant 2 sans assistance Selon l'invention, dans ce cas toutes les 25 variations d'angle de la colonne 1 et de l'arbre moteur sont détectées et traitées par le calculateur 10 à partir du moment o la colonne est déverrouillée Il est prévu que le déblocage de la colonne de direction entraîne obligatoirement et simultanément le réveil du calculateur 30 10 et la mise sous tension du résolveur 13 du moteur 4. Après initialisation du calculateur 10, les variations de position de l'arbre moteur, c'est-à-dire du rotor, seront alors traités par le calculateur de la manière décrite ci-après. Afin de limiter la consommation d'énergie électrique du calculateur 10, on pourrait envisager d'alimenter en énergie électrique seulement le résolveur et le dispositif ECU, les capteurs et le moteur d'assistance pouvant être alimentés uniquement lors de la mise en marche du système d'assistance. Lors de l'initialisation du calculateur, la 5 position du volant 2 est calculée en fonction de la position lue du rotor du moteur, de la position du rotor, qui a été stockée dans la mémoire non-volatile lors du précédent arrêt du véhicule et de l'angle volant absolu et multi-tour stocké dans la mémoire non-volatile lors du 10 précédent arrêt Si la position du volant 2 est restée inchangée entre l'arrêt du système d'assistance DAE et le réveil du calculateur 10, l'angle volant réel et l'angle stocké dans la mémoire seront identiques: O init = Oeeprom ( 1) Dans ce cas, on procède donc à l'enregistrement en mémoire non volatile de l'angle volant lors de la mise en veille du calculateur et de la valeur lue lors de 20 l'initialisation. Mais, il est possible que l'angle volant ait changé entre le moment de la mise en veille et le réveil du calculateur L'invention permet d'établir l'angle réel du volant à partir des informations de position du résolveur 25 13 associé au moteur 4 En effet, la variation de l'angle pendant l'arrêt du système DAE est proportionnelle à la différence des positions du résolveur entre les moments de mise en veille et du réveil du calculateur Ainsi on obtient: L Qtinmt C Leeorom ( 2 Oinit = Oeeprom + ( 2) reducteur o (init signifie l'angle volant calculé à l'initialisation, Oeeprom l'angle volant stocké dans la mémoire EEPROM, Xinit l'angle moteur mesuré à l'initialisation, à l'aide du résolveur, et Gréducteur le rapport du réducteur qui est constant. Le procédé selon l'invention, dans le cas d'un changement de l'angle volant entre les moments de mise en 5 veille et du réveil du calculateur implique donc l'enregistrement en mémoire non-volatile de l'angle volant lors de la mise en veille du calculateur, la lecture de l'angle volant stockée dans la mémoire nonvolatile lors de l'initialisation, l'enregistrement dans 10 la mémoire non-volatile de la position du rotor du moteur lors de la mise en veille, la lecture de la position du rotor du moteur, stockée dans la mémoire lors de l'initialisation et le calcul, de l'angle volant réel lors de l'initialisation à partir de ces données, selon 15 la formule ( 2) qui précède. On décrira ci-après le calcul de l'angle volant à un instant t après le déblocage de la colonne de direction et après l'initialisation du calculateur 10. Indépendamment du fait que le système DAE est en marche 20 ou pas, l'angle volant O (t) est recalculé périodiquement à l'instant t à partir du calcul précédent en fonction de la différence des positions du rotor du moteur d'assistance selon l'équation suivante: i t r X(t) (t) (t) = t 1) + ( 3) G reducteur O O (t)> est l'angle volant calculé à l'instant t, 30 O (t-1) est l'angle volant calculé au cycle précédent, a(t)> est l'angle du rotor du moteur mesuré à l'instant t, Le procédé selon l'invention permet également de 35 prendre en compte toutes erreurs de calcul de l'angle absolu du volant, qui pourraient être occasionnées par exemple par des conditions particulières telles que des manoeuvres de parking, des coupures de batterie, des opération de réparation dans un garage. L'invention permet aussi de valider régulièrement l'information sur l'angle volant et de recaler celui-ci 5 en utilisant des algorythmes de recalage, plus particulièrement de recalage de la position O du volant. Une méthode pour déterminer la position O est décrite dans le brevet européen EP 1 211 161 Selon cette méthode ainsi connue, l'angle O est déterminé lorsque des 10 conditions prédéterminées sont remplies, à savoir lorsque la vitesse du véhicule n'est pas nulle et supérieure à une vitesse prédéterminée, le couple volant est proche de 0 Nm, avec des variations de couple inférieur à une valeur prédéterminée et lorsque les deux conditions 15 précédentes sont maintenues pendant une durée de temps suffisamment longue pour confirmer que le véhicule a une trajectoire droite et qu'il ne s'agit pas d'un lâcher du volant. Dans le cadre de l'invention, en appliquant la 20 méthode connue par le document EP 12 11 151 auquel on se reportera pour de plus amples informations, pour déterminer l'angle 0, l'angle volant calculé O (t) est comparé à l'angle O déterminé, à savoir à l'angle 00 selon l'équation suivante A O = ( O (t) 00) ( 4) Si la différence AO est faible, l'angle volant est alors automatiquement recalé à la valeur 30 0 (t) = 00 ( 5) Par contre si le recalage à effectuer est important, l'angle volant sera graduellement recalé 35 pendant une période N un gain K(t) afin de limiter le couple d'assistance à appliquer à la colonne de direction Ce recalage est exprimé par l'équation qui suit p(,t±) = O(t) + K(o 0) J ( 6) avec K(t) = 1 Il est à noter que lors de l'arrêt du système DAE commandant la mise en veille de son calculateur, les informations sur l'angle, qui sont nécessaires à la mise 15 en euvre du procédé selon l'invention, sont stockées dans la mémoire EEPROM non-volatile du calculateur, à savoir l'angle volant et la position du rotor du moteur. Le procédé selon l'invention est également applicable à des systèmes comportant des colonnes de 20 direction équipées de dispositifs de blocage de celle-ci, mais aussi dans le cas o la colonne ne serait pas bloquée. Le procédé conforme à l'invention garantit dès l'initialisation du système DAE une grande précision et 25 certitude sur le calcul de l'angle volant si cet angle a été établi après la mise en veille du calculateur et est inférieur à un demi-tour du rotor du moteur. Le procédé selon l'invention est compatible avec tous types de blocage de la colonne. Dans le cas d'un blocage manuel de la colonne par un système mécanique, tel que par exemple du type connu sous la dénomination NEYMANN, l'angle volant calculé est enregistré dans la mémoire EEPROM du calculateur, après coupure du contact du véhicule Le conducteur assure le 35 blocage et verrouillage de la colonne en tournant le volant jusqu'à ce qu'une encoche de la colonne soit en face de la barre anti-vol qui, par un système mécanique, bloque celle-ci. Que la colonne ait été bloquée ou non par le conducteur, l'angle volant sera initialisé avec précision 5 si cet angle établi après la mise en veille est inférieur à un demi-tour du rotor du moteur. Dans le cas contraire, l'angle volant sera corrigé après la mise en marche du système DAE lors de la détection de l'angle O décrit précédemment Pour pallier 10 cet inconvénient, le véhicule pourrait être équipé d'un système de blocage possédant de nombreux points de blocage de façon que le volant ne puisse jamais tourner plus d'un demi-tour du rotor du moteur. L'invention est bien entendu applicable à des 15 véhicules équipés d'un système de blocage manuel de la colonne par verrouillage électrique agissant sur l'arbre moteur Ces systèmes de verrouillage, qui sont connus dans l'état de la technique, comportent une bague antivol fixée sur l'axe moteur et comportant une ou plusieurs 20 encoches dans lesquelles une barre anti-vol est susceptible de s'enclencher sous l'effet d'un moteur permettant directement le rapprochement de la barre ou d'un système mécanique à ressort Après coupure du contact du véhicule, le système DAE est mis en veille et 25 les informations d'angle sont enregistrées dans la mémoire non-volatile L'invention garantit avec ce système de blocage un angle précis lors de la prochaine initialisation, selon l'équation ( 2) donnée plus haut. Le procédé selon l'invention est également 30 compatible avec un système de verrouillage de la colonne tel que décrit dans le brevet français FR 010 26 71 Ce système permet l'enclenchement de la barre anti-vol par une commande du système DAE Après coupure du contact du véhicule, le moteur du système DAE ainsi que tous les 35 autres composants de ce système restent alimentés pendant un bref instant Le moteur est piloté afin d'effectuer une rotation de l'arbre moteur. ll L'angle de rotation effectué est calculé de manière qu'une des encoches de la bague de verrou soit positionnée en face de la barre anti-vol qui alors s'enclenche L'angle volant est recalculé et enregistré 5 dans la mémoire non-volatile du calculateur Avec ce système de verrouillage, l'invention garantit avec précision l'angle du volant selon la formule ( 1) donnée plus haut. Bien entendu, l'invention est également applicable 10 à des véhicules qui ne sont pas équipés d'un système de verrouillage ou dans le cas o le conducteur ne bloque pas manuellement la colonne ou dans les cas o les systèmes de verrouillage ne peuvent pas fonctionner correctement Dans ce cas, lors de la mise en veille, 15 l'angle volant et la position du rotor du moteur seront enregistrés dans la mémoire non-volatile, comme décrit précédemment Lors de l'initialisation l'angle volant sera calculé selon l'équation ( 2) donnée plus haut. Cependant l'exactitude de l'angle ne pourrait pas être 20 garantie à l'initialisation Mais cette garantie pourrait être donnée après l'activation du module de recalage décrit plus haut. Il ressort de la description qui précède que le procédé d'établissement de la position angulaire du 25 volant par mesure de la position angulaire du rotor du moteur d'assistance, sont capteurs d'angle dédiés, permet d'obtenir un angle volant d'une très grande précision, ce qui améliore les algorythmes des systèmes DAE et EPS. REVENDICATIONS 1 Procédé d'établissement de la position angulaire du volant d'un véhicule automobile, équipé d'un système 5 d'assistance électrique à la direction, qui comporte un moteur d'assistance électrique destiné à appliquer à la colonne de direction solidaire du volant un couple d'assistance approprié, et un calculateur électronique de pilotage du moteur d'assistance à partir d'informations 10 sur la position angulaire du volant, ainsi que des moyens de mémoire de données, caractérisé en ce que la position angulaire du volant est établie à partir des données relatives à la position angulaire du rotor du moteur d'assistance ( 4). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations d'angle de l'arbre moteur sont détectées et traitées par le calculateur à partir du moment o la colonne de direction ( 1) est débloquée, le déblocage entraînant le réveil du calculateur ( 10) du 20 système d'assistance et la mise sous tension des moyens ( 13) de détection de la position angulaire du moteur. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors d'une initialisation du système d'assistance, la position du volant est calculée en 25 fonction de la position angulaire du rotor du moteur, qui a été lue, de la position du rotor du moteur stockée dans la mémoire lors du précédent arrêt du système et de l'angle volant absolu et multi-tours stocké dans la mémoire lors du précédent arrêt. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle volant est calculé à un instant t, après déblocage de la colonne de direction et après initialisation du calculateur, périodiquement, à partir du calcul précédent en fonction de la différence 35 entre la position du rotor du moteur calculé à l'instant t et l'angle du rotor mesuré au cycle précédent. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on procède à un recalage de la position O du volant par comparaison de l'angle volant calculé à l'angle O déterminé, en fonction de la grandeur de la différence obtenue.