Brevet FR2848173A1 — publié le 20040611

L'invention concerne un procédé d'établissement, dans un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile, du type comprenant une colonne de direction du véhicule et un moteur électrique 5 d'assistance à la direction, de la consigne du couple que le moteur d'assistance doit appliquer à la colonne de direction, en assistance à la direction, une partie inférieure adaptée pour agir sur un dispositif de direction mécanique, procédé selon lequel on établit la 10 consigne d'assistance à partir d'une information sur le couple exercée par le conducteur au volant. L'invention concerne également un système de direction assistée électrique pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans des systèmes de direction assistée électrique de ce type, qui sont connus, le couple volant exercé par le conducteur, lorsque le véhicule circule, est mesuré par un capteur de couple dédié. L'information ainsi obtenue est par la suite traitée par un calculateur 20 embarqué pour déterminer la consigne du couple que doit appliquer le moteur d'assistance par exemple lors d'un virage, à la colonne de direction. Ces systèmes de direction assistée électrique présentent l'inconvénient majeur que les capteurs de 25 couple présentent une structure complexe et encombrante et sont difficiles à mettre en oeuvre et à étalonner. L'invention a pour but de proposer un procédé d'établissement de la valeur de consigne à appliquer à la colonne de direction d'un véhicule automobile, dans un 30 système de direction assistée et un système de direction correspondant, qui permettent de pallier les inconvénients de l'état de la technique, qui viennent d'être énoncés. Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention 35 est caractérisé en ce que l'on obtient l'information sur le couple volant par mesure des angles de la colonne de direction, au niveau du volant et au niveau du moteur d'assistance et établit la consigne de couple à appliquer par le moteur d'assistance par comparaison des deux mesures d'angles en prenant en compte la rigidité de la colonne de direction entre les deux lieux de mesure d'angle. Selon une caractéristique de l'invention on mesure l'angle, la vitesse et l'accélération du volant et la position, la vitesse et l'accélération du moteur d'assistance agissant sur la partie de colonne de 10 direction inférieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, on effectue une opération de vérification de la validité des valeurs de mesure acquises. Selon encore une autre caractéristique de 15 l'invention, on calcule l'effort au volant par comparaison des positions des deux capteurs d'angle, que l'on calcule la variation de l'effort au volant par rapport à des vitesses de rotation entre les deux capteurs, que l'on procède à un filtrage de type PID sur 20 les deux mesures effectuées et utilise l'information résultante comme information de couple pour le calcul de la consigne du couple d'assistance devant être appliquée à la colonne de direction par le moteur d'assistance. Selon encore une autre caractéristique de 25 l'invention, on effectue un test si un recalibrage de la fonction d'assistance est possible et nécessaire et, dans le cas d'une réponse négative, le programme d'établissement de la consigne du couple d'assistance retourne à l'opération de mesure des grandeurs. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'une réponse positive, on effectue un calcul d'une nouvelle compensation vis-àvis de la position point milieu de la direction et, le cas échéant, un recalcul de la valeur du jeu dans le 35 réducteur associé au moteur et amène le programme après stockage de cette information à l'opération de mesure des grandeurs. 3 2848173 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le test de recalibrage s'effectue sur au moins l'information du passage par la position zéro du volant, la vitesse de rotation du volant et du moteur qui 5 doit être inférieure à un seuil prédéterminé, sur la constatation qu'il n'y a pas de mode dégradé en cours, sur la validation possible des données obtenues lors de l'opération des mesures des grandeurs. Selon encore une autre caractéristique de 10 l'invention, on prévoit entre les parties supérieure et inférieure de la colonne de direction une partie intermédiaire en forme d'une barre de torsion, et prend en compte la rigidité de cette barre lors de l'établissement de la consigne de coupe précité. Le système de direction assistée électrique pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur d'angle du volant et un capteur d'angle au niveau de la partie inférieure de la colonne de direction ainsi qu'un dispositif de calcul de la 20 consigne de couple assistance à appliquer par le moteur à la colonne de direction à partir des angles mesurés. Selon une caractéristique de l'invention, l'invention comprend un capteur d'angle disposé au niveau de la partie de colonne de direction supérieure, qui 25 porte le volant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur d'angle associé à la partie de colonne de direction inférieure est intégré au moteur d'assistance. Selon encore une autre caractéristique de 30 l'invention, la colonne de direction comporte entre les deux niveaux de la colonne o ont lieu des mesures d'angle, une barre de torsion. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la barre de torsion fait partie intégrante 35 de la colonne de direction. 4 2848173 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la barre est réalisée sous forme d'une partie à torsion contrôlée de la colonne de direction. Selon encore une autre caractéristique de 5 l'invention, la structure même de la colonne de direction est réalisée sous forme d'une barre de torsion. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description 10 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques 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 15 système de direction assistée électrique pour véhicule automobile; - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la partie de la colonne de direction indiquée en A sur la figure 1, d'un système de direction assistée électrique 20 selon l'état de la technique, et - la figure 3 est une vue de la partie A d'un système de direction assistée électrique selon l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, un système de 25 direction assistée électrique (DAE) pour véhicule automobile comprend essentiellement un dispositif de colonne de direction 1 qui porte à son extrémité supérieure un volant de direction 2 susceptible d'être actionné par le conducteur du véhicule, un dispositif de 30 direction mécanique 3 sur lequel agit l'extrémité inférieure du dispositif de colonne de direction 1 et un moteur d'assistance électrique 4 auquel est associé un réducteur 5. Le dispositif de direction mécanique comporte, de façon connue en soi, un boîtier de direction 35 5 à l'intérieur duquel est axialement mobile une crémaillère non représentée et des barres d'accouplement côté droit et côté gauche 6, 7 accouplées chacune par une 2848173 extrémité à la crémaillère et à l'autre extrémité au dispositif de direction d'une roue avant du dispositif. La crémaillère est déplacée axialement par un pignon non représenté, qui est solidaire en rotation de l'extrémité 5 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 provoque, par l'intermédiaire de la colonne de direction 1, le déplacement axial des barres 10 d'accouplement 7 et 8. La figure 2 illustre la portion qui est indiquée en A sur la figure 1, de la colonne de direction 1 d'un système de direction assistée électrique (DAE) de l'état de la technique. On constate que la portion A de la 15 colonne de direction comporte une partie supérieure 10 dont l'extrémité supérieure 11 porte le volant 2, une partie de colonne inférieure 13 dont l'extrémité inférieure 14 est susceptible d'être connectée à la portion inférieure articulée B de la colonne de direction 20 1, qui agit sur le dispositif de direction mécanique 3, et une portion intermédiaire 16 en forme d'une barre de torsion qui est solidarisée en rotation en haut, en 17, à la partie de colonne supérieure 10 et en bas, en 18, à la partie de colonne inférieure 13. La figure 2 montre en outre, solidaire en rotation de la partie de colonne inférieure 13, un pignon à engrenage hélicodal 20 qui coopère avec une tige 22 pourvue d'une denture hélicodale périphérique complémentaire à la denture du pignon 20. Les deux 30 dentures engrènent l'une l'autre. L'arbre 22 est entraîné en rotation par le moteur d'assistance 4. Il ressort encore des figures, que la partie de colonne de direction inférieure 13 est réalisée sous forme d'une pièce tubulaire qui entoure coaxialement une 35 partie de la barre de torsion 16 et que l'extrémité supérieure de cette dernière est solidaire en 17 d'une autre pièce tubulaire 24 qui s'engage par sa partie inférieure, coaxialement, dans la portion supérieure 26 de la pièce 13 formant la partie de colonne inférieure dont la portion supérieure est évidée en conséquence pour la réception de la pièce 24. Le système de direction assistée selon l'état de la technique, représenté sur la figure 2, est basé sur l'utilisation, pour l'établissement de la consigne du couple que le moteur d'assistance 4 doit appliquer à la colonne de direction 1, c'est-à-dire à. la partie de 10 colonne inférieure 13 au moyen de l'arbre 22 et du pignon un capteur de couple indiqué en 28. On constate que ce capteur de couple présente, comme cela a été indiqué plus haut, une structure complexe et très encombrante, ce qui a pour conséquence que la structure de la colonne de 15 direction est également encombrante à la fois axialement et radialement. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients résidant dans la structure complexe et également dans le fait que cette structure rend le système difficile à 20 mettre en oeuvre et à étalonner. La figure 3 montre la portion A d'un système de direction assistée DAE selon l'invention. Ce système présente aussi bien axialement que radialement un encombrement considérablement réduit par rapport au 25 système connu de la figure 2, du fait que la capteur de couple 28 est supprimé. En effet, il s'est avéré possible de se passer de ce capteur de couple complexe pour mesurer les efforts au volant et qu'une estimation qui pourrait être précise du couple volant exercé par le 30 conducteur suffit pour une assistance efficace à la direction. Selon l'invention on prévoit à cette fin un capteur de la position angulaire du volant, qui est indiquée en 30 et associée à la partie supérieure 10 de la colonne de 35 direction et montée sur un carter fixe 34. L'invention utilise un deuxième capteur d'angle, c'est-à-dire un capteur de la position angulaire de la partie de colonne -7 inférieure 13. Ce capteur d'angle est situé au niveau du moteur d'assistance 4 et pourrait être un capteur incorporé à ce moteur. Etant donné que le lien entre les deux organes 5 métalliques formés par les deux parties 10 et 13 de la colonne de direction 1 est établi par une barre de torsion 16 de caractéristiques connues, il est possible de déterminer en première approximation le couple au volant par la formule suivante: (angle volant - angle moteur) x rigidité barre de torsion = couple au volant, l'angle moteur pouvant bien entendu prendre en compte le réducteur. Dans la formule ci-dessus, il est pris en compte la 15 rigidité de la barre de torsion en considérant que c'est cette barre qui détermine la torsion de la colonne de direction entre les deux capteurs d'angle. Bien entendu, on pourrait également envisager que la barre de torsion n'existe pas elle-même mais fait partie intégrante de la 20 colonne, soit sous forme d'une partie à torsion contrôlée, soit en forme de la structure même de la colonne ou toute la partie entre les deux capteurs d'angle. Il est possible d'apporter à ce calcul une 25 correction permettant de préciser le résultat en tenant compte du jeu dans le réducteur qui pourrait être de quelques minutes. Pour cela on pourrait prendre en compte le signe de la mesure qui pourrait être positif ou négatif. On pourrait améliorer la précision par un 30 étalonnage précis des capteurs d'angles, à partir de la position du point milieu de la direction. Cet étalonnage pourrait être effectué régulièrement, à l'arrêt du véhicule ou en roulant. Plus précisément, un programme d'établissement de la 35 consigne du couple devant être appliqué par le moteur d'assistance 4 à la colonne de direction commence par la mesure, à l'aide des capteurs d'angle, de la position, de 8 2848173 la vitesse et de l'accélération du volant et de la position, de la vitesse et de l'accélération du moteur d'assistance 4. Après une vérification d'une validité des grandeurs 5 acquises, on fait au moyen d'un calculateur un premier calcul permettant d'obtenir l'effort exercé au volant par comparaison des positions angulaires entre les deux capteurs, avantageusement avec intégration du jeu du réducteur lors du changement du sens de rotation. Puis 10 par un deuxième calcul on établit la variation de l'effort au volant par comparaison des vitesses de rotation entre les deux capteurs. Puis on fait un filtrage de type PID (proportionnel, intégral, différentiel) sur les deux mesures effectuées, en tenant 15 compte des informations précédentes. L'information résultante sur le couple est ensuite utilisée pour le calcul de l'assistance que doit apporter le moteur 4. L'invention prévoit ensuite la possibilité d'effectuer un test si un recalibrage est possible et 20 nécessaire. Ce test de recalibrage pourrait être effectué sur l'information de passage à la position zéro du volant, sur la vitesse de rotation du volant et du moteur, qui doit être inférieure à un seuil prédéterminé, sur la question s'il y a un mode dégradé en cours et sur 25 la validation possible des données obtenues lors de l'opération de mesure des grandeurs. Si le test de recalibrage donne la réponse non, le processus revient à l'opération de mesure des grandeurs. Si le test donne comme réponse oui on procède à un 30 calcul d'une nouvelle compensation vis-à-vis de la position du point milieu de la direction et effectue un recalcul si cela s'avère nécessaire, de la valeur du jeu dans le réducteur moteur. Après stockage de cette information, si nécessaire dans une mémoire EEPROM, le 35 processus revient à l'opération de la mesure des grandeurs. Bien entendu de diverses modifications peuvent être apportées au système DAE proposé par l'invention, aussi bien au niveau de la structure qu'au niveau de l'utilisation. Ainsi, dans les systèmes de direction 5 assistée connus équipés d'un capteur de couple et pourvus d'un capteur d'angle volant 30 déjà existant ou rapporté, on pourrait employer le procédé selon l'invention, sans intervention du capteur de couple, par exemple en cas d'un défaut dans l'information de mesure de ce capteur, 10 comme solution de repli et de remplacement pour permettre au véhicule de poursuivre son trajet. 2848173 REVENDICATIONS 1. Procédé d'établissement, dans un système de direction assistée électrique, pour véhicule automobile, du type comprenant une colonne de direction du véhicule et un moteur d'assistance à la direction, de la consigne 5 du couple d'assistance que le moteur doit appliquer à la colonne de direction, cette colonne comportant une partie supérieure portant le volant et une partie inférieure agissant sur un dispositif de direction mécanique, procédé selon lequel on établit la consigne d'assistance 10 à partir d'une information sur le couple exercé sur le volant, caractérisé en ce que ladite information sur le couple est établie par mesure de l'angle au niveau du volant et au niveau de la partie de colonne inférieure et ladite consigne est établie par comparaison des deux 15 mesures d'angles en prenant en compte la rigidité de la colonne de direction entre les deux lieux de mesure d'angle (16). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure l'angle, la vitesse et l'accélération 20 du volant et la position, la vitesse et l'accélération du moteur d'assistance (4) agissant sur la partie de colonne de direction inférieure (13). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on effectue une opération de vérification de la 25 validité des valeurs de mesure acquises. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on calcule l'effort au volant (2) par comparaison des positions des deux capteurs d'angle, que l'on calcule la variation de l'effort au volant (2) 30 par rapport à des vitesses de rotation entre les deux capteurs, que l'on procède à un filtrage de type PID sur les deux mesures effectuées et utilise l'information résultante comme information de couple pour le calcul de la consigne du couple d'assistance devant être appliquée 1l à la colonne de direction (1) par le moteur d'assistance (4). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on effectue un test si un recalibrage de la 5 fonction d'assistance est possible et nécessaire et, dans le cas d'une réponse négative, le programme d'établissement de la consigne du couple d'assistance retourne à l'opération de mesure des grandeurs. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en 10 ce que, dans le cas d'une réponse positive, on effectue un calcul d'une nouvelle compensation vis-à-vis de la position point milieu de la direction et, le cas échéant, un recalcul de la valeur du jeu dans le réducteur (5) associé au moteur (4) et amène le programme après 15 stockage de cette information à l'opération de mesure des grandeurs. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que le test de recalibrage s'effectue sur au moins l'information du passage par la position 20 zéro du volant (2), la vitesse de rotation du volant et du moteur (4) qui doit être inférieure à un seuil prédéterminé, sur la constatation qu'il n'y a pas de mode dégradé en cours, sur la validation possible des données obtenues lors de l'opération des mesures des grandeurs. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on prévoit entre les parties supérieure (10) et inférieure (13) de la colonne de direction (1) une partie intermédiaire en forme d'une barre de torsion (16), et prend en compte la rigidité de 30 cette barre lors de l'établissement de la consigne de couple précité. 9. Système de direction assistée, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur d'angle (30) 35 du volant (2) et un capteur d'angle au niveau de la partie inférieure (13) de la colonne de direction (1) ainsi qu'un dispositif de calcul de la consigne du couple d'assistance que le moteur d'assistance (4) doit appliquer à la colonne de direction (1), à partir des angles mesurés. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en 5 ce qu'il comprend un capteur d'angle (30) disposé au niveau de la partie de colonne de direction supérieure (10), qui porte le volant (2). 11. Système selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le capteur d'angle associé à la 10 partie de colonne de direction inférieure (13) est intégré au moteur d'assistance (4). 12. Système selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la colonne de direction (1) comporte entre les deux niveaux de la colonne o ont lieu 15 des mesures d'angle, une barre de torsion (16). 13. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la barre de torsion (16) fait partie intégrante de la colonne de direction (1). 14. Système selon la revendication 12, caractérisé 20 en ce que la barre est réalisée sous forme d'une partie à torsion contrôlée de la colonne de direction (1). 15. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la structure même de la colonne de direction (1) est réalisée sous forme d'une barre de torsion.