Brevet FR2853295A1 — publié le 20041008

L'invention concerne un procédé de commande d'une direction assistée électrique pour véhicule automobile, réalisant plus particulièrement une adaptation de l'assistance au profil instantané de mission routière du véhicule. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. De façon classique, comme le montre la représentation schématique de la figure 1, une direction assistée électrique est constituée d'une colonne de direction 1 reliant le volant 2 aux roues 3 du véhicule, et dont la rotation est facilitée par un moteur 4 pilotant un réducteur 5. Un capteur 6 de couple délivre la mesure du couple Cv 10 existant dans le volant et la colonne à un calculateur électronique 7 de commande. Ce calculateur 7 génère une commande d'assistance Ca, sous forme de couple pour les directions assistées sur colonne ou pignon, destinée à braquer les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un système pignon-crémaillère 8 reliant le volant 2 aux roues 3. En plus du couple volant Cv, le calculateur reçoit en entrée deux autres informations: - la vitesse V, du véhicule, en fonction de laquelle va varier le niveau d'assistance, information qui est mesurée par un capteur de vitesse situé dans le véhicule; - l'angle volant av, qui sert à la fonction de rappel volant actif; - la vitesse volant av, qui sert à la fonction d'amortissement volant. Ainsi, actuellement, l'assistance varie en fonction du seul paramètre de vitesse véhicule et le niveau d'effort au volant résulte d'un compromis entre la tenue de route 25 et le confort de conduite. Selon certaines configurations de roulage, ce compromis n'est pas optimal. En manoeuvre de parking notamment, il n'est pas nécessaire d'avoir un retour d'informations précis par le volant, par contre il est intéressant d'augmenter l'assistance pour faciliter le plus possible le braquage des roues. De même, en cas de roulage en montagne ou sur une route de plaine, il n'est pas intéressant d'avoir le 30 même effort en virage à vitesse égale. Le brevet US 4 762 194, déposé au nom de MITSUBISHI, décrit une assistance qui décroît quand l'accélération longitudinale positive du véhicule est supérieure à un seuil donné, pour garder une bonne sensation de suivi de trajectoire à 35 grande vitesse. Et le brevet US 4 651 840, déposé au nom de HONDA, décrit un procédé d'assistance qui l'augmente jusqu'à une première vitesse limite et la diminue jusqu'à une deuxième vitesse limite du véhicule, dans le but d'apporter plus de confort de conduite au conducteur. Ces solutions antérieures qui proposent des stratégies faisant varier le couple d'assistance en fonction de la vitesse véhicule ou sur des seuils d'accélération, ne tiennent pas compte du profil de mission routière du véhicule, c'est-à-dire du mode de roulage sur un type de route donné. En effet, pour une même vitesse du véhicule, le niveau d'effort acceptable au volant varie suivant le type de route emprunté par le 10 véhicule. Si le conducteur circule sur une route de montagne très sinueuse, avec des virages serrés, son profil de roulage est différent d'une circulation sur une autoroute en ligne droite. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant une 15 adaptation en temps réel de l'assistance électrique de direction en fonction du profil de mission du véhicule, soit du type de route et/ou de la configuration de roulage du véhicule. Cette adaptation prend en compte la dynamique du véhicule qui permet de définir le type de route " équivalent " plutôt que la route elle-même telle qu'elle pourrait être définie par un système GPS par exemple. 20 Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de commande d'une direction assistée électrique pour véhicule automobile, comportant notamment un moteur d'assistance électrique exerçant un couple assistant le couple exercé directement par le conducteur sue le volant, dans le but d'orienter les roues directrices 25 du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: - une première phase d'apprentissage au cours de laquelle sont générées des lois d'assistance adaptées à différents profils de mission routière selon des prestations attendues par le conducteur, qui définissent des valeurs de couple d'assistance en fonction de chaque profil de mission routière, - une deuxième phase de reconnaissance au cours de laquelle est détecté en temps réel le profil de mission routière du véhicule en circulation grâce à des moyens recevant en entrée des informations sur le fonctionnement du véhicule, - une troisième phase de détermination du couple d'assistance de la direction électrique adapté au profil de mission détecté par pondération de chacune des différentes valeurs du couple d'assistance adaptées aux différents profils de mission routière. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, les profils de 5 mission routière retenus sont définis par le mode de roulage du véhicule sur un type de route donné et sont les suivants: - manoeuvre, ville, - montagne, - route droite, - route sinueuse, - autoroute. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, les différentes 15 prestations attendues par le conducteur du véhicule et caractéristiques de chaque profil de mission routière sont qualifiées de la façon suivante: - pi) l'effort ressenti par le conducteur au niveau du volant, - P2) la précision de direction ou effort de direction en virage, - p3) le maintien en ligne droite ou clavetage de direction, - p4) le rappel de direction, ou vitesse de retour volant sur un lâché de main, l'effort ressenti au niveau du volant regroupant les notions de couple volant à l'arrêt et à petite vitesse et l'effort de direction en virage. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé 25 de commande d'une direction assistée électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur électronique de commande recevant en entrée la mesure du couple existant dans le volant et la colonne de direction, réalisée par un capteur de couple, et générant une commande d'assistance destinée à braquer les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un système pignon-crémaillère reliant le volant aux roues. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description illustrée par les figures suivantes qui sont, outre la figure 1 déjà décrite représentant schématiquement une direction assistée électrique de véhicule automobile: - la figure 2: un organigramme de fonctionnement d'un calculateur de commande d'une direction assistée électrique; - la figure 3: un faisceau de lois d'assistance de la direction en fonction de la vitesse du véhicule; - la figure 4: un tableau des lois d'assistance de la direction selon différents profils de mission routière du véhicule; - la figure 5: un organigramme de fonctionnement d'un calculateur de commande d'une direction assistée électrique selon l'invention; - les figures 6a à 6e: cinq courbes de paramétrage du couple volant selon 10 différents profils de mission routière selon l'invention. Comme cela a été rappelé précédemment, le calculateur électronique de commande de la direction assistée génère un couple d'assistance Ca selon d'une part une loi d'assistance principale La définie à partir du couple volant Cv, des lois d'amortissement du volant L, définies à partir de la vitesse du volant a,, et d'autre part une loi Lr de rappel de volant actif définie à partir de l'angle du volant xv toutes ces lois dépendant également de la vitesse du véhicule Vv. La figure 2 est un organigramme de fonctionnement d'un calculateur de commande de direction assistée. Pour une direction à assistance variable évoluée, la variation du couple d'assistance Ca en fonction du couple conducteur Cd varie en fonction de la vitesse du véhicule V, par une commutation automatique de lois discrètes dont un exemple est représenté sur la figure 3. Ce faisceau de courbes peut être plus ou moins dense suivant le nombre de pas de vitesse véhicule défini. Dans le cas de cette figure, le 25 faisceau est défini pour quinze valeurs de la vitesse du véhicule entre 0 et 118 km/h. Entre deux courbes, les lois sont interpolées de façon linéaire par le calculateur de commande, afin que la variation du couple d'assistance Ca demandé soit presque continue. Lorsque la vitesse est supérieure à la vitesse maximale du faisceau, la loi est 30 extrapolée. Selon une caractéristique de l'invention, l'assistance d'une direction électrique est déterminée de plus en fonction du profil de mission routière du véhicule assisté, détecté par ledit calculateur en temps réel. Cette détection est réalisée par exemple à 35 partir d'informations sur la vitesse du véhicule, l'angle d'ouverture du papillon d'admission d'air ou la position de la pédale d'accélérateur, le régime du moteur et les rapports de la boîte de vitesses, la position de la pédale de frein, auxquelles on peut ajouter des informations accélérométriques, longitudinale, latérale et verticale, du véhicule, ou l'angle du volant. Pour détecter une route de montagne ou des virages, il 5 est également possible d'utiliser un capteur embarqué sur le véhicule ou un système GPS -Global Positioning System-. Le profil de mission routière est défini à la fois par le type de route et par la configuration de roulage du véhicule. Les profils de mission routière retenus sont par exemple les suivants: 10 - manoeuvre, - ville, - montagne, - route droite, - route sinueuse, autoroute. Selon l'invention, le procédé de commande comporte une première phase d'apprentissage au cours de laquelle sont générées des lois d'assistance Lm, Lv, LM, LD, Ls et LA, par rapport aux six profils de mission routière précédemment définis. Pour 20 cela, il adapte les lois d'assistance principale La, d'amortissement Lv et de rappel Lr, définies précédemment pour déterminer le couple d'assistance Ca de la direction, aux différents profils de mission routière, selon les différentes prestations attendues par le conducteur du véhicule et caractéristiques de chaque profil de mission. Ces prestations choisies sont qualifiées de la façon suivante: - pi) l'effort ressenti par le conducteur au niveau du volant, - P2) la précision de direction ou effort de direction en virage, - P3) le maintien en ligne droite ou clavetage de direction, - p4) le rappel de direction, ou vitesse de retour volant sur un lâché de main. 30 L'effort ressenti au niveau du volant regroupe les notions de couple volant à l'arrêt et à petite vitesse et l'effort de direction en virage. Les adaptations de la loi d'assistance globale de la direction sont établies à 35 partir d'une loi de référence considérée comme optimale pour le profil de route en ligne droite, qui inclut déjà l'adaptation en fonction de la vitesse du véhicule. Cette loi est référencée LDE pour la prestation pl, LDP pour la prestation P2, LDC pour la prestation P3 et LDR pour la prestation P4. Comme le montre le tableau de la figure 4, pour une route sinueuse, cette loi de référence LDE, LDP et LDR reste valable pour les prestations 5 référencées pl, P2 et P4 mais est modifiée dans le sens d'une diminution du clavetage de la direction pour devenir la loi LDc-. Pour une autoroute, la loi de référence est modifiée pour donner les lois suivantes, dans le sens d'une augmentation relativement importante de l'effort ressenti 10 au volant LDE2+, de la précision de direction LDP2+ et du clavetage LDC2+, mais par contre elle est modifiée dans le sens d'une diminution du rappel de direction pour donner la loi LDR Pour une route de montagne, la loi de référence est modifiée pour donner les 15 lois suivantes, dans le sens d'une diminution de l'effort ressenti LDE_, de la précision de direction LDP_ et du maintien en ligne droite LDC_, mais est modifiée dans le sens d'une augmentation du rappel de direction LDR+, car en montagne, on souhaite plus de rappel en sortie de virage. Pour un roulage en ville, à vitesse relativement réduite inférieure à 50 km/h, la loi de référence est modifiée dans le sens d'une diminution assez importante de l'effort au volant LDE2_, comme du clavetage de direction LDC2_, mais moins importante de la précision de direction LDP_, par contre elle est modifiée dans le sens d'une augmentation importante du rappel de direction LDR+. En ville, il faut un minimum de 25 précision dans la direction, car le roulage en ville demande plus de précision de trajectoire qu'en manoeuvre par exemple, donc plus d'effort au volant. Par contre, le clavetage et cet effort au volant en virage doivent être réduits par rapport à la loi de référence. Enfin, pour des manoeuvres à vitesse très réduite, pour garer le véhicule par exemple, la loi est modifiée de façon à diminuer considérablement l'effort ressenti par le conducteur au niveau du volant LDE4_, et de façon par contre à un peu augmenter le rappel de direction LDR+ . Concernant la précision de direction et du clavetage, ces prestations n'ont pas de sens en manoeuvre. Il faut peu d'effort de butée à butée, donc 35 le couple volant à l'arrêt doit être fortement réduit, entre 10 et 50% en fonction de la stratégie du constructeur qui souhaite réaliser un véhicule plus ou moins sportif. Le couple au volant doit être fortement réduit et le rappel de direction doit être un peu réduit par rapport à la loi de référence sur route droite. Ces lois d'assistance Lm, Lv, LM, LD, Ls et LA font l'objet de cartographies préétablies et mémorisées dans le calculateur de la direction assistée électrique, qui définissent des valeurs de couple d'assistance Car, CaV, CaM, CaD, Cas et CaA en fonction du profil de mission routière. Dans chaque cas, les adaptations apportées par le procédé selon l'invention doivent satisfaire les trois règles de sécurité suivantes: garantir un retour d'information minimal au volant dans tous les cas, garantir un niveau minimal de maniabilité du volant acceptable par le conducteur, afin de ne jamais entraver l'action du conducteur sur la direction, 15 - assurer une transition progressive entre les différentes configurations afin de ne pas surprendre le conducteur. Le procédé réalisé par le calculateur électronique de commande comporte une deuxième phase de reconnaissance au cours de laquelle est détecté en temps réel le 20 profil de mission routière du véhicule assisté, par des moyens 10 recevant en entrée des informations 11 sur le fonctionnement du véhicule, tels que décrits précédemment. Ces moyens de détection délivrent en sortie le degré d'appartenance du véhicule à chaque profil de mission préétabli, ce degré dm, dv, dM, dD, ds et dA étant une valeur comprise entre 0 et 1. Puis, le calculateur élabore, lors d'une troisième phase, le 25 couple d'assistance Ca de la direction électrique adapté au profil de mission routière détecté, par pondération 12 de chacune des différentes valeurs du couple d'assistance adaptées aux différents profils de mission routière, comme le montre l'organigramme de fonctionnement de la figure 5. Les figures 6a à 6e sont des courbes de mesure du couple volant C, en fonction de l'angle volant av, pour différentes valeurs de la vitesse du véhicule allant de 0 km/h à 90 km/h, établies selon chacun des six profils de mission routière décrits, soit sur autoroute, en montagne, en ville, en manoeuvre et en route droite. Dans le cas d'une route sinueuse, on applique un gain de 1.1 sur les abscisses de la figure 6e, tout en 35 maintenant les ordonnées. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé de commande d'une direction assistée électrique pour véhicule automobile. comportant un calculateur électronique 7 de commande recevant en entrée la mesure du couple C, existant dans le volant 2 et la colonne de direction 1, réalisée par un capteur 6 de 5 couple, et générant une commande d'assistance Ca destinée à braquer les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un système pignon-crémaillère 8 reliant le volant 2 aux roues 3. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une direction assistée électrique pour véhicule automobile, comportant notamment un moteur d'assistance électrique exerçant un 5 couple assistant le couple exercé directement par le conducteur sur le volant, dans le but d'orienter les roues directrices du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: - une première phase d'apprentissage au cours de laquelle sont générées des lois d'assistance adaptées à différents profils de mission routière selon des prestations attendues par le conducteur, qui définissent des valeurs de couple 10 d'assistance en fonction de chaque profil de mission routière, - une deuxième phase de reconnaissance au cours de laquelle est détecté en temps réel le profil de mission routière du véhicule en circulation grâce à des moyens recevant en entrée des informations sur le fonctionnement du véhicule, - une troisième phase de détermination du couple d'assistance de la direction 15 électrique adapté au profil de mission détecté par pondération de chacune des différentes valeurs du couple d'assistance adaptées aux différents profils de mission routière. 2. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la 20 revendication 1, caractérisé en ce que la première phase d'apprentissage consiste à générer des lois d'assistance globales, soit notamment les lois d'assistance principale (La) définie à partir du couple volant (Cv), d'amortissement du volant (Lv) définie à partir de l'angle du volant (a)j, et de rappel de volant actif (Lr) définie à partir de la vitesse du volant (a, ), adaptées à différents profils de mission routière selon différentes 25 prestations attendues par le conducteur du véhicule et caractéristiques de chaque profil de mission, qui déterminent les valeurs du couple d'assistance (Ca) de la direction selon les différents profils de mission routière. 3. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la 30 revendication 2, caractérisé en ce que les profils de mission routière retenus sont définis par le mode de roulage du véhicule sur un type de route donné et sont les suivants: - manoeuvre, - ville, - montagne, route droite, - route sinueuse, - autoroute. 4. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes prestations attendues par le conducteur du véhicule et caractéristiques de chaque profil de mission routière sont qualifiées de la façon suivante: - pi) l'effort ressenti par le conducteur au niveau du volant, 10 - P2) la précision de direction ou effort de direction en virage, - p3) le maintien en ligne droite ou clavetage de direction, - P4) le rappel de direction, ou vitesse de retour volant sur un lâché de main, l'effort ressenti au niveau du volant regroupant les notions de couple volant à l'arrêt et à petite vitesse et l'effort de direction en virage. 15 5. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les adaptations de la loi d'assistance globale de la direction aux différents profils de mission routière sont établies à partir d'une loi de référence considérée comme optimale pour le profil de route en ligne droite, qui inclut 20 déjà l'adaptation en fonction de la vitesse du véhicule. 6. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour un profil de mission routière qualifiant une autoroute, la loi de référence à partir de laquelle est établie l'adaptation de la loi 25 d'assistance est modifiée dans le sens d'une augmentation relativement importante de l'effort ressenti au volant pour donner la loi (LDE2+), d'une augmentation relativement importante de la précision de direction (LDP2+) et d'une augmentation relativement importante du clavetage (LDC2+), mais elle est modifiée dans le sens d'une diminution du rappel de direction pour donner la loi (LDR). 30 7. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour un profil de mission routière qualifiant une route de montagne, la loi de référence à partir de laquelle est établie l'adaptation de la loi d'assistance est modifiée pour donner les lois suivantes, dans le sens d'une 35 diminution de l'effort ressenti (LDE_), de la précision de direction (LDP_) et du maintien en il ligne droite (LDC_), mais est modifiée dans le sens d'une augmentation du rappel de direction (LDR+), pour obtenir plus de rappel en sortie de virage. 8. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des 5 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour un profil de mission routière qualifiant un roulage en ville, la loi de référence à partir de laquelle est établie l'adaptation de la loi d'assistance est modifiée pour donner les lois suivantes, dans le sens d'une diminution relativement importante de l'effort ressenti au volant (LDE2-) et du clavetage (LDC2_), et d'une diminution moins importante de la précision de direction (LDp-), mais 10 par contre elle est modifiée dans le sens d'une augmentation du rappel de direction pour donner la loi (LDR+). 9. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour un profil de mission routière qualifiant 15 une route sinueuse, la loi de référence à partir de laquelle est établie l'adaptation de la loi d'assistance est modifiée pour donner les lois suivantes, dans le sens d'une diminution du clavetage de la direction (LDC_), mais reste valable pour l'effort ressenti (LDE), la précision de direction (LDp) et le rappel de direction (LDR). 10. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour un profil de mission routière qualifiant des manoeuvres à vitesse très réduite, la loi de référence à partir de laquelle est établie l'adaptation de la loi d'assistance est modifiée de façon à diminuer considérablement l'effort ressenti par le conducteur au niveau du volant (LDE4_), et de façon par contre à 25 un peu augmenter le rappel de direction (LDR+) 11. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les lois d'assistance adaptées à différents profils de mission routière selon des prestations attendues par le conducteur font l'objet 30 de cartographies préétablies et mémorisées dans le calculateur de la direction assistée électrique, qui définissent des valeurs de couple d'assistance en fonction du profil de mission routière. 12. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des 35 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la détection du profil de mission routière défini à la fois par le type de route et par la configuration de roulage du véhicule est réalisée à partir d'informations sur la vitesse du véhicule, l'angle d'ouverture du papillon d'admission d'air ou la position de la pédale d'accélérateur, le régime du moteur et les rapports de la boîte de vitesses, la position de la pédale de frein. 13. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la détection du profil de mission routière est réalisée de plus à partir d'informations accélérométriques, longitudinale, latérale et verticale, du véhicule, ou de l'angle du volant. 10 14. Procédé de commande d'une direction assistée électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que lors de la détection du profil de mission routière, il utilise un capteur embarqué sur le véhicule ou un système GPS -Global Positioning System-pour détecter une route de montagne ou des virages. 15 15. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de commande d'une direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur électronique (7) de commande recevant en entrée la mesure du couple (Cv) existant dans le volant (2) et la colonne de direction (1), réalisée par un 20 capteur (6) de couple, et générant une commande d'assistance (Ca) destinée à braquer les roues (3) du véhicule par l'intermédiaire d'un système pignon-crémaillère (8) reliant le volant (2) aux roues.