Brevet FR2865710A1 — publié le 20050805

SYSTEME ELECTRIQUE DE DIRECTION ASSISTEE ET PROCEDE A FONCTION DE COMPENSATION D'ANOMALIE La présente invention est relative à un système et un procédé électriques de direction assistée. Plus particulièrement, la présente invention est relative à la compensation de panne de détecteur de couple d'un système électrique de direction assistée d'après une estimation de l'angle de torsion d'un détecteur de couple. Dans un système électrique de direction assistée facilitant la manoeuvre d'un volant par un conducteur, la force d'assistance est neutralisée par un mécanisme à sécurité intégrée si une anomalie du détecteur de couple est détectée. Ainsi, un courant électrique appliqué à un moteur électrique d'assistance est réduit à zéro juste après la détection de l'anomalie. De ce fait, la force de manoeuvre du volant devient subitement très grande en raison de la perte de puissance d'assistance par le moteur électrique. Ces situations sont compensées par un détecteur de couple de substitution qui détecte un couple à utiliser pour commander le volant ou par l'arrêt de la puissance d'assistance et autre à titre d'opération de sécurité intégrée. Cependant, le détecteur de couple de substitution réduit la simplicité de montage du système électrique de direction assistée et l'arrêt de la puissance d'assistance exige de la part du conducteur une plus grande force de manoeuvre. Dans le document de brevet US 6 148 949 (P-A-11-59 447), il est proposé, en cas de panne du détecteur de couple, une commande du volant par un couple estimé d'après un angle de braquage fourni par un détecteur d'angle de braquage et d'après un signal de vitesse fourni par un détecteur de vitesse, la facilité de montage et de la perte de la puissance d'assistance étant prises en compte. Dans le document de brevet JP-A-9-58 505 est proposé un autre procédé dans lequel un courant prédéterminé de moteur proportionnel à la vitesse du véhicule est fourni au moteur d'assistance avec un rapport à décroissance constante jusqu'à zéro. L'autre procédé en cas de panne du détecteur de couple est proposé dans le document de brevet P-A- 2000-185 560 selon lequel la commande par un signal du détecteur de couple est neutralisée, la commande étant maintenue par un système qui n'utilise pas le signal du détecteur de couple, par exemple une commande par une information concernant l'angle de braquage. Dans les documents ci-dessus, le premier et le second présentent un 35 problème de précision du couple de braquage provoqué par la disposition du détecteur d'angle de braquage soit à l'extrémité du volant de direction, soit à l'extrémité du pignon de la barre de torsion accouplée à l'arbre de direction. De plus, le second oblige le conducteur à exercer une plus grande force de braquage à la fin (sans force d'assistance). Le troisième pose également un problème de précision comme le premier et le deuxième, outre la perte de force d'assistance. La présente invention vise donc à réaliser un véhicule pourvu d'un système et d'un procédé électriques de direction assistée qui maintient une fonction d'assistance de force de braquage en estimant un couple de braquage de substitution d'une manière précise en cas de panne du détecteur de couple. Selon la présente invention, un système électrique de direction assistée applique un couple de braquage à un mécanisme de braquage reposant sur l'actionnement d'un volant de direction par un conducteur en fournissant un courant à un moteur électrique. Dans le système électrique de direction assistée, un détecteur de couple comportant une barre de torsion détecte une force de braquage du volant de direction. Une unité de commande détecte un angle de rotation de l'arbre de braquage accouplé avec le volant de direction et avec une extrémité de la barre de torsion, un angle de rotation d'un arbre de pignon accouplé avec le pignon et l'autre extrémité de la barre de torsion, et une anomalie du signal délivré par le détecteur de couple. Dans le système électrique de direction assistée, la force de braquage du volant de direction est détectée par un dispositif qui calcule la force de braquage d'après un angle de rotation de l'arbre de braquage et un angle de rotation de l'arbre de pignon lorsque est détectée une anomalie du détecteur de couple. Dans l'unité de commande, un angle de torsion de la barre de torsion est détecté à l'aide des signaux délivrés par un détecteur d'angle de rotation du moteur et un détecteur d'angle de rotation de braquage, tous deux étant des organes du système électrique de direction assistée. En supposant qu'un couple de braquage est estimé d'après l'angle de torsion de la barre de torsion multiplié par une constante de rappel de la barre de torsion, un couple d'assistance de direction de substitution ddétecteur de couple peut être calculé avec précision pour maintenir une fonction d'assistance du système électrique de direction assistée. En l'occurrence, un angle de torsion de la barre de torsion accouplé à l'arbre de direction (un arbre de direction et un arbre à pignon) est calculé d'après le signal délivré par le détecteur d'angle de rotation de braquage et le signal délivré par le détecteur d'angle de rotation du moteur, puis un couple de braquage est calculé d'après l'angle de torsion et la constante de rappel de la barre de torsion et, de ce fait, le couple est utilisé comme couple d'assistance de substitution pour assister la manoeuvre du volant de direction. Dans la structure décrite plus haut, un dispositif de calcul de couple de substitution en cas de panne du détecteur de couple est assuré et une estimation du couple de braquage peut être calculée d'une manière précise. La valeur de commande d'assistance de substitution peut également être calculée avec précision. Ainsi, le conducteur d'un véhicule ne sera pas gêné par une sensation désagréable en manoeuvrant le volant et ne sera pas non plus obligé à exercer une plus grande force de manoeuvre pour le braquage. lo Dans le système électrique de direction assistée, le dispositif de calcul de couple de substitution détermine une position de base de l'arbre de direction et une position de base de l'arbre à pignon si aucune anomalie du détecteur de couple n'est détectée et si le signal délivré par le détecteur de couple respecte des limites prédéterminées. Dans cette structure, la position de base de l'arbre de braquage et la position de base de l'arbre à pignon sont constamment actualisées pendant le bon fonctionnement du détecteur de couple et, de la sorte, la valeur de commande d'assistance de substitution en cas de défaillance du détecteur de couple peut être calculée avec précision par une estimation précise du couple de braquage de substitution à partir de la toute dernière position de base de ces arbres. Dans le système électrique de direction assistée, le dispositif de calcul de couple de substitution calcule un couple de braquage de substitution d'après le résultat d'une estimation de l'angle de torsion de la barre de torsion à partir de la comparaison d'un angle de rotation d'une extrémité de la barre de torsion présentant un écart par rapport à la position de base et d'un angle de rotation de l'autre extrémité de la barre de torsion présentant un écart par rapport à la position de base si une anomalie du détecteur de couple est détectée. Dans cette structure, la valeur de commande d'assistance de substitution en cas de panne du détecteur de couple peut être calculée avec précision par une estimation précise du couple de braquage de substitution. Ainsi, le conducteur d'un véhicule ne sera pas gêné par une sensation inconfortable en manoeuvrant le volant de direction et ne sera pas non plus obligé d'exercer une plus grande force de manoeuvre pour manoeuvrer le volant de direction. Pendant le fonctionnement normal du système électrique de direction assistée avec un procédé de calcul de force d'assistance reposant sur les angles de rotation fournis par les détecteurs d'angles de rotation et un signal délivré par le détecteur de couple, le procédé de calcul de force d'assistance passe immédiatement à un procédé de substitution reposant sur les angles de rotation fournis par les détecteurs d'angles de rotation et les positions de base des angles de rotation si une anomalie du détecteur de couple est détectée. Les objectifs, détails et avantages ci-dessus, et d'autres, de la présente 5 invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est un schéma de principe représentant un système électrique de direction assistée selon la présente invention; et la Fig. 2 est un organigramme illustrant un processus de calcul d'une valeur 10 de base de commande d'assistance. Comme représenté sur la Fig. 1, dans un système électrique de direction assistée 1, un volant de direction 10 est accouplé avec un arbre de direction 12a. L'extrémité inférieure de l'arbre de direction 12a est accouplée avec à un détecteur de couple 40. L'extrémité supérieure d'un arbre 12b de pignon est accouplée avec le détecteur de couple 40. A l'extrémité inférieure de l'arbre 12b de pignon est disposé un pignon, non représenté sur la figure. Dans un boîtier de direction 16, ce pignon est en prise avec une barre 18 de crémaillère. Une première extrémité d'une biellette de direction 20 est accouplée avec une première extrémité de la barre 18 de crémaillère. L'autre extrémité de la biellette de direction 20 est accouplée avec une roue avant 24 à pneumatique par l'intermédiaire d'un bras articulé 22. De même, une première extrémité d'une autre biellette de direction 20 est accouplée avec l'autre extrémité de la barre 18 de crémaillère. L'autre extrémité de l'autre biellette de direction 20 est accouplée avec une autre roue avant 24 à pneumatique par l'intermédiaire d'un autre bras articulé 22. De plus, sur l'arbre 12b de pignon, un moteur d'assistance 15 est monté par l'intermédiaire d'un dispositif réducteur de vitesse 17. Le dispositif réducteur de vitesse 17, qui est constitué par des pignons ou analogues, transmet la rotation du moteur d'assistance 15 à l'arbre 12b de pignon, et ainsi l'arbre 12b de pignon est entraîné en rotation pour actionner la barre 18 de crémaillère, ce qui provoque une orientation de braquage de la roue 24 à pneumatique. Le détecteur de couple 40 comporte une barre de torsion bien connue 40a et une paire de résolveurs 40b, 40b (détecteurs d'angle) fixés à la barre de torsion dans des positions axiales. Lorsque l'arbre de direction 12a est entraîné en rotation, un 35 couple proportionnel à l'angle de rotation de l'arbre de direction 12a est appliqué à la 2865710 5 barre de torsion 40a. En détectant la différence d'angles de rotation aux deux extrémités de la barre de torsion 40a à l'aide des résolveurs 40b, le couple appliqué à la barre de torsion 40a est calculé avec une différence des angles détectés et une constante de rappel de la barre de torsion 40a. Le couple calculé est ensuite envoyé à l'unité de commande de direction 30. Un détecteur d'angle de braquage 54 qui détecte un angle de rotation du volant de direction 10 est fixé à l'arbre de direction 12a. Le détecteur d'angle de braquage 54 est constitué par un dispositif de détection d'angle de rotation bien connu tel qu'un codeur rotatif ou un résolveur et sert de premier moyen de détection d'angle de rotation. Les informations détectées sont ensuite envoyées à l'unité de commande de direction 30. Un angle de rotation du moteur 15 est détecté par un détecteur 49 d'angle de rotation de moteur (deuxième moyen de détection d'angle de rotation) avec un dispositif de détection d'angle de rotation bien connu tel qu'un codeur rotatif ou analogue. Le détecteur 49 d'angle de rotation du moteur peut être constitué par un résolveur à la place du codeur rotatif. Le signal fourni par le détecteur 49 d'angle de rotation de moteur est envoyé à l'unité de commande de direction 30. L'unité de commande de direction 30 comprend une unité centrale 31 bien connue, une mémoire vive 32, une mémoire morte 33, une interface d'entrée/sortie 34 et une ligne de bus 35 qui connecte tous ces organes et exécute la détection d'anomalie et le calcul du couple de substitution. L'unité centrale 31 commande des programmes et des données stockés dans la mémoire morte 33 et la mémoire vive 32. La mémoire morte 33 comporte une zone de stockage 33a de programme et une zone de stockage 33b de données. Un programme de commande de direction 33p est stocké dans la zone de stockage 33a de programme. Les données nécessaires à l'exécution du programme de commande de direction 33p sont stockées dans la zone de stockage 33b de données. En exécutant le programme de commande de direction 33p stocké dans la mémoire morte 33 et traité dans l'unité centrale 31, l'unité de commande de direction 30 calcule un couple d'assistance (une valeur de base de commande d'assistance) correspondant au couple détecté par le détecteur 40 de couple. L'unité de commande 30 applique ensuite une tension au moteur d'assistance 15 par l'intermédiaire d'un circuit d'entraînement 14 de moteur pour donner le couple d'assistance calculé. L'unité de commande 30 calcule en outre un couple d'assistance réellement appliqué en détectant à la fois un angle de rotation du moteur 15 à l'aide du détecteur 49 de rotation de moteur et un courant de moteur à l'aide d'un détecteur 50 de courant, et règle le couple d'assistance à l'aide d'une commande asservie (commande d'assistance). Le moteur d'assistance 15 du système électrique de direction assistée 1 peut être un moteur à courant continu ou un moteur sans balais ou analogue à condition qu'il puisse être intégré dans le système 1. Un détecteur de vitesse 51 servant à détecter la vitesse d'un véhicule est connecté au système 1 pour assurer la précision de la commande de direction. En fonctionnement, l'unité de commande 30 calcule la valeur de commande d'assistance en exécutant le programme 33p de commande de direction dans l'unité 10 centrale 31, comme illustré sur la Fig. 2. Tout d'abord, lors de l'étape S1, un angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du volant de direction (c'est-à-dire le côté de l'arbre de direction 12a) est calculé d'après le signal fourni par le détecteur d'angle de braquage 54. Ensuite, lors de l'étape S2, un angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté pignon (c'est-à- dire le côté de l'arbre 12b de pignon) est calculé d'après le signal fourni par le détecteur 49 d'angle de rotation du moteur et un rapport de réduction du dispositif réducteur de vitesse 17. Comme le rapport de réduction du dispositif réducteur de vitesse 17 est une constante, l'angle de rotation de l'arbre 12b de pignon peut être calculé d'après l'angle de rotation du moteur 15. En outre, l'unité de commande de direction 30 vérifie en continu le bon fonctionnement du détecteur 40 de couple d'après un signal de sortie (tension de sortie) du détecteur de couple 40. Ainsi, il est déterminé que le détecteur de couple fonctionne normalement si la tension de sortie du détecteur de couple 40 se situe dans des limites prédéterminées, et il est déterminé que le fonctionnement du détecteur de couple est anormal si la tension de sortie du détecteur de couple 40 ne se situe pas dans des limites prédéterminées. S'il est déterminé que le détecteur de couple fonctionne normalement (étape S3: non), un couple de braquage est calculé d'après le signal délivré par le détecteur de couple 40 (étape S4). Par ailleurs, dans ce cas, si le couple de braquage se situe dans des limites prédéterminées par rapport à 0 (zéro) Nm (newton-mètre), c'est-àdire lorsque le véhicule roule sur une ligne droite ou que le volant de direction est dans une position neutre (étape S5: oui), une position de l'arbre de direction 12a est déterminée par l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du volant de direction (côté de l'arbre de direction 12a) d'après le signal fourni par le détecteur 54 d'angle de braquage (étape S6). Ensuite, une position de base de l'arbre 12b de pignon est déterminée par l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du pignon (côté de l'arbre 12b de pignon) d'après le signal fourni par le détecteur 49 d'angle de rotation du moteur et un rapport de réduction du dispositif réducteur de vitesse 17 (étape S7). Les positions de base décrites plus haut peuvent être calculées en établissant la moyenne des positions de base dans les calculs antérieurs. Une position initiale de base juste après la mise en marche du système peut être extraite d'un support de mémoire tel qu'une mémoire morte effaçable électroniquement (EEPROM) ou analogue (non représentée sur les figures) dans l'unité de commande de direction 30. La valeur de commande d'assistance de base est calculée d'après le couple de braquage calculé lors de l'étape S4 décrite plus haut. Lorsqu'il est déterminé que le détecteur de couple fonctionne de manière anormale d'après un signal de sortie du détecteur 40 de couple (étape S3: oui), le calcul de la valeur de commande d'assistance de base d'après le couple de braquage dérivé du signal de sortie du détecteur de couple est arrêté. Ensuite est calculée la différence entre l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du volant de direction 10 (côté de l'arbre de direction 12a) et la position de base calculée lors de l'étape S6 (étape S9). Une différence entre l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du pignon (du côté de l'arbre 12b de pignon) et la position de base calculée lors de l'étape S7 est également calculée en conséquence (étape S 10). Une estimation de l'angle de torsion de la barre de torsion 40a est calculée en tant que différence entre l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du volant de direction 10 (le côté de l'arbre de direction 12a) avec un écart par rapport à la position de base et l'angle de rotation de la barre de torsion 40a du côté du pignon (du côté de l'arbre 12b de pignon) avec un écart par rapport à la position de base (étape S11). Un couple de braquage de substitution est calculé en multipliant l'angle de torsion estimé de la barre de torsion 40a par la constante de retour de la barre de torsion 40a (étape S 12). Ce couple de braquage de substitution est utilisé pour calculer la valeur de commande d'assistance de base (étape S13). Revendications 1. Système électrique (1) de direction assistée pour véhicule comprenant un moteur électrique (15) qui donne un couple à un mécanisme de direction comprenant un arbre de direction (12a) et un arbre (12b) de pignon en fonction de la manoeuvre d'un volant de direction (10), le système comprenant: un détecteur de couple (40) comportant une barre de torsion (40a) qui détecte une force de braquage du volant de direction pour commander le moteur électrique (15) ; un moyen de détection d'anomalie qui détecte une anomalie du détecteur de couple (40) ; un premier moyen de détection d'angle de rotation qui détecte un angle de rotation de l'arbre de direction (12a) accouplant le volant de direction (10) avec une première extrémité de la barre de torsion (40a) ; et un deuxième moyen de détection d'angle de rotation qui détecte un angle de rotation de l'arbre (12b) de pignon accouplant un pignon avec l'autre extrémité de la barre de torsion (40a), caractérisé par un moyen de calcul de couple de substitution qui calcule une force de braquage de substitution pour commander le moteur électrique (15) d'après l'angle de rotation de l'arbre de direction et l'angle de rotation de l'arbre de pignon lorsque l'anomalie du détecteur de couple (40) est détectée par le moyen de détection d'anomalie. 2. Système électrique de direction assistée (1) pour véhicule selon la 25 revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de calcul de couple de substitution détermine une position de base de l'arbre de direction (12a) et une position de base de l'arbre (12b) de pignon pendant que le détecteur de couple (40) fonctionne correctement. 3. Système électrique de direction assistée (1) pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de calcul de couple de substitution calcule un couple de braquage de substitution d'après une estimation d'angle de torsion de la barre de torsion (40) résultant de la comparaison entre l'angle de rotation de la première extrémité de la barre de torsion (40) présentant un écart par rapport à la position de base et l'angle de rotation de l'autre extrémité de la barre de torsion (40) présentant un écart par rapport à la position de base lorsqu'une anomalie du détecteur de couple (40) est détectée par le moyen de détection d'anomalie. 4. Procédé pour compenser l'anomalie du détecteur de couple (40) en calculant un couple de braquage de substitution dans un système électrique de direction assistée (1) pour véhicule, le procédé comprenant les étapes consistant à : détecter un angle de rotation de l'arbre de direction; détecter un angle de rotation de l'arbre de pignon; détecter une anomalie du détecteur de couple (40) ; calculer un couple de braquage d'après le signal délivré par le détecteur de couple (40) pendant le fonctionnement normal du détecteur de couple (40) ; et calculer un couple de braquage de substitution d'après une estimation d'angle de braquage reposant sur la différence entre l'angle de rotation de l'arbre de direction (12a) et l'angle de rotation de l'arbre (12b) de pignon lorsque l'anomalie est détectée par le moyen de détection d'anomalie.