Brevet FR2897828A1 — publié le 20070831

DISPOSITIF DE COMMANDE DE L'ANGLE DE CHASSE DES ROUES D'UN VEHICULE La présente invention concerne un dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule et plus particulièrement un dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule en fonction de la démultiplication du système de direction. Il est souhaitable afin d'améliorer le confort de conduite en augmentant la maniabilité du véhicule, de diminuer la démultiplication globale de la direction à faible vitesse. Actuellement, des véhicules sont déjà équipés de direction à démultiplication variable. Du brevet US 5 839 749 est par exemple connu un système de pilotage, purement mécanique, de l'angle de chasse de la direction. Cependant, la variation seule de la démultiplication de la direction contribue à déstabiliser le système de direction et par conséquent le véhicule. Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention a pour objet un dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule caractérisé en ce que le système de direction est modélisé par un système asservi bouclé ayant un gain de retour qui est fonction de la démultiplication de la direction du véhicule, de la raideur des pneumatiques et dudit l'angle de chasse des roues tel que, à vitesse donnée ledit angle de chasse des roues varie en fonction de la démultiplication de la direction du véhicule pour un gain de retour donné. Un tel système permet de maintenir un comportement dynamique stable de la direction, quel que soit le coefficient de démultiplication de la direction. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la loi de commande liant la démultiplication et l'angle de chasse est telle que le gain de retour constant est sensiblement égal à -2 .1)(aeh) Dl * d où I(aeh) û cos(ach)2 (r tan(ach) + cpneu) , Dl représente la raideur des pneumatiques, cpneu représente la chasse du pneumatique et r le rayon de la roue. - le dispositif de commande comprend : a. un bloc capteur fournissant les mesures en temps réel de la vitesse du véhicule et de l'angle du volant b. un bloc de cartographie recevant en entrée le signal de la vitesse réelle du véhicule et le signal de l'angle du volant et fournissant en sortie le signal de la démultiplication désirée c. un actionneur de démultiplication utilisant le signal de la de démultiplication désirée en entrée et agissant sur le système de direction pour faire varier la démultiplication réelle du système de la valeur initiale vers la valeur désirée d. un deuxième bloc de cartographie ayant pour signal d'entrée le signal de la démultiplication désirée et pour signal de sortie, le signal de l'angle de chasse désiré, ce bloc utilisant la loi de commande pour un gain de retour donné e. un actionneur de chasse utilisant le signal de l'angle de chasse désiré et agissant sur le train de roues pour faire varier son angle de chasse réel. f. un bloc de direction fournissant en sortie le signal de l'angle des roues en fonction des signaux d'entrée de l'angle du volant, de la démultiplication réelle et de l'angle de chasse réel obtenu. L'invention a aussi pour objet un procédé de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule caractérisé en ce que les étapes 30 consistent à : 10 15 20 25 - 3 -mesurer l'angle au volant et la vitesse du véhicule - calculer la démultiplication désirée en fonction de l'angle au volant et de la vitesse du véhicule - utiliser la démultiplication désirée, apte à agir sur le système de direction et faire varier la démultiplication réelle -déterminer l'angle de chasse des roues désiré en fonction de la démultiplication désirée - utiliser l'angle de chasse désiré, apte à agir sur le train de roues et faire varier l'angle de chasse réel L'invention a aussi pour objet un véhicule comportant un tel dispositif de commande de l'angle de chasse des roues. L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lequel : - la figure 1 est un modèle de système de direction classique - les figures 2a, 2b, 2c représentent respectivement les vues de face, de profil et de dessus du train avant la figure 3 est un schéma bloc modélisant le système de direction - la figure 4 représente un schéma fonctionnel du pilotage de l'angle de chasse en fonction de la démultiplication de la direction Dans la description qui va suivre, un dispositif de commande de l'angle de chasse selon l'invention va être décrit pour des roues avant d'un véhicule. Il sera compris qu'un tel dispositif pourrait non seulement commander l'angle de chasse des roues avant, mais également être appliqué à des roues directrices arrière. La figure 1 représente un modèle de direction classique, telle que par exemple une direction à crémaillère comportant un volant 3 dont le mouvement de rotation entraîne la rotation d'une colonne de direction 4. -4 Le mouvement de rotation est transmis à un pignon de crémaillère 5 qui entraîne une crémaillère 2 dans un déplacement latéral. La direction convertit le mouvement de rotation exercé par un conducteur sur un volant 3 en une direction des roues 1 directrices du véhicule. Le lien entre la crémaillère 2 et une roue 1 avant d'un véhicule est effectué par l'intermédiaire d'un train avant tel que représenté par exemple sur les figures 2a, 2b et 2c. Ces figures représentent respectivement des vues de face, de profil et de dessus du train de roues sur lesquelles api, représente l'angle entre l'axe de pivot 21 du train de roues et l'axe vertical, dep représente le déport total de l'axe du pivot 21 au sol par rapport à l'axe vertical passant par le centre de la roue avant 1, c représente la chasse géométrique du train de roues, îch l'angle de chasse de l'axe de pivot 21 et dbiel la longueur du bras de levier 6 de direction. L'ensemble train avant et crémaillère 2 transforme l'effort extérieur latéral global Fy exercé par le sol sur les roues avant 1 du véhicule en un couple Cext qui s'applique sur la colonne de direction 4, et donc directement sur le volant 3 tenu par le conducteur. La valeur de l'effort Fy est donnée principalement par l'angle de braquage des roues avant Or d'une part et la vitesse globale V du véhicule d'autre part. Par ailleurs, les caractéristiques des pneumatiques avant (raideur, ballant) ainsi que celles du véhicule (masse totale, inertie...) influent sur la forceFy . A partir de calculs géométriques, les efforts extérieurs appliqués sur la crémaillère Ferem sont tels que : cos(ach)2 Fcrem = ù (r tan(ach) + cpneu)Fy = (ach, dbiel)Fy dbiel avec îch l'angle de chasse, dbiel la longueur du bras de levier 6, cpneu la chasse du pneumatique supposée constante, r le rayon de la roue.30 -5- Le couple Cext appliqué sur la colonne de direction 4 et la démultiplication d de la direction du véhicule sont tels que : Cext = Rpc * Fcrem et d = avec Rpc le rayon du pignon de crémaillère 5. Le couple appliqué sur la colonne de direction 4 et donc sur le cl)(ach) Fy volant 3 est donné par : Cext= d où c(ach) _ ù cos(ach) r tan(ach) + Cpneu) Le couple Cext représentant les efforts extérieurs qui s'appliquent sur la colonne de direction 4 est donc paramétré par l'angle de chasse îch et la démultiplication globale d de la direction du véhicule. Le système de direction peut alors être modélisé par un système asservi bouclé conformément à la figure 3. Un premier bloc 41 modélise l'ensemble constitué par le volant 3, la colonne de direction 4 et la crémaillère 2. De ce qui précède, il existe un couple Cext qui s'applique sur la colonne de direction 4. Un couple ['h est également exercé par le conducteur sur le volant. Le premier bloc 41 a alors pour signal d'entrée le signal [h *Cext, et délivre en sortie le signal de l'angle de braquage Or des roues avant 1. L'asservissement est réalisé de la manière suivante : - pour une vitesse du véhicule donnée, l'effort Fy est lié à l'angle de braquage des roues Or des roues avant 1. Un deuxième bloc 42 modélise donc la dynamique du véhicule, et a pour signaux d'entrée la vitesse V du véhicule et l'angle de braquage Or. Il délivre en sortie le signal représentant l'effort Fy . Pour des raisons de notation le signal de sortie Fy est divisé par la raideur du pneumatique avant D1. - un troisième bloc 43 a pour signal d'entrée l'effort Fy divisé par la raideur du pneumatique avant Dl auquel est appliqué un gain K. Le signal de sortie représente le couple Cext qui s'applique sur le système de direction. Le gain K appelé gain de retour est donc paramétré par l'angle dbiel Rpc -6 de chasseaeh, la démultiplication globale d de la direction et la raideur Dl des pneumatiques avant. La valeur de ce gain influence le degré de stabilité du système. En effet pour une même valeur des efforts latéraux Fy et sans faire varier l'angle de chasseaeh, le couple Cext qui s'applique sur la colonne de direction 4 et donc sur le volant 3, est inversement proportionnel à la démultiplication d de la direction du véhicule. Le système de direction étant un système asservi bouclé, une diminution de la démultiplication d induit une augmentation du gain de retour qui s'applique à la direction, ce qui induit un effet déstabilisant pour le système de direction et plus globalement pour le véhicule. De même, une augmentation de l'angle de chasse îch sans variation de la démultiplication d tend à déstabiliser la direction. La solution proposée consiste alors à faire varier l'angle de chasse ach en fonction de la démultiplication d de façon à ne pas faire varier le gain de retour. A vitesse V constante, le gain de retour K ne doit pas être modifié par une variation de la démultiplication d pour ne pas altérer le comportement global de la direction et du véhicule. Tel que vu précédemment, le gain de retour K est paramétré par la démultiplication d, l'angle de chasse îch et la raideur Dl des pneumatiques, cette dernière étant supposée constante. Une loi de commande peut ainsi être définie entre l'angle de chasse îch et la démultiplication d de la direction du véhicule afin de maintenir un comportement dynamique de la direction identique avec un gain de retour constant. Un tracé de l'intersection entre un plan d'iso-gain donné d'une part, et de la courbe représentant l'évolution du gain de retour en fonction de la démultiplication d et de l'angle de chasse îch d'autre part, donne la loi de commande spécifique entre la démultiplication d et l'angle de chasse ach pour qu'un gain de retour K donné ne soit pas modifié à vitesse constante. -7- Une variation de la démultiplication d doit obligatoirement s'accompagner d'une variation de l'angle de chasse îch de la direction pour ne pas déstabiliser le véhicule. Dés lors, le comportement global du véhicule n'est pas modifié. Un microcontrôleur peut à titre d'exemple non limitatif être utilisé pour programmer les valeurs de différentes démultiplications d de la direction et les valeurs des angles de chasse îch associés selon la loi de commande ou cartographie choisie pour un gain de retour déterminé. Ainsi pour garder la même sensation de conduite et donc le même gain de retour K, et conformément à la figure 4, le pilotage de l'angle de chasse par la démultiplication d s'effectue de la manière suivante : - un bloc capteur 61 fournit les mesures en temps réel de la vitesse du véhicule et de l'angle du volant. - un bloc de cartographie 62 reçoit en entrée le signal de la vitesse réelle du véhicule et le signal de l'angle du volant et fournit en sortie le signal de la démultiplication désirée. - un actionneur de démultiplication 63 utilise le signal de la démultiplication désirée en entrée et agit sur le système de direction pour faire varier la démultiplication réelle du système de la valeur initiale vers la valeur désirée. - un deuxième bloc de cartographie 64 a pour signal d'entrée le signal de la démultiplication désirée et fournit en sortie le signal de l'angle de chasse désiré. Ce bloc utilise la loi de commande pour un gain de retour donné. - un actionneur de chasse 65 utilise le signal de l'angle de chasse désiré et agit sur le train de roues pour faire varier son angle de chasse réel îch . - un bloc de direction 66 fournit en sortie le signal de l'angle des roues en fonction des signaux d'entrée de l'angle du volant, de la démultiplication réelle d et de l'angle de chasse îch réel obtenu. -8- Un procédé de commande de l'angle de chasse des roues avant conformément à l'invention comporte les étapes consistant à : - mesurer l'angle au volant et la vitesse du véhicule - calculer la démultiplication d désirée en fonction de l'angle au volant et de la vitesse du véhicule -utiliser la démultiplication d désirée, apte à agir sur le système de direction et faire varier la démultiplication d réelle - déterminer l'angle de chasse îch des roues avant désiré en fonction de la démultiplication d désirée - utiliser l'angle de chasse ach désiré, apte à agir sur le train de roues et faire varier l'angle de chasse îch réel. Sans sortir du contexte de l'invention, il sera compris qu'il est possible de choisir différents points de fonctionnement, c'est-à-dire différentes valeurs du gain de retour K lors de la mise au point du véhicule. Si on souhaite changer la valeur du gain de retour K, on doit alors générer une nouvelle loi de commande liant la démultiplication d et l'angle de chasseach . Tel que vu précédemment, un microcontrôleur peut à titre d'exemple non limitatif être utilisé pour programmer les valeurs de différentes démultiplications d de la direction et les valeurs des angles de chasse îch associés selon la loi de commande ou cartographie choisie pour le gain de retour choisi. L'invention peut être appliquée sur des véhicules à direction mécanique ou à direction électrique de type By Wire. Ce dispositif présente le grand avantage de maintenir un comportement identique du véhicule lors d'une variation de la démultiplication. Un autre avantage est de pouvoir modifier la stabilité du véhicule en jouant sur le couplage de la démultiplication et de l'angle de chasse. En effet, cette invention propose de garder le comportement du véhicule inchangé lors d'un changement de démultiplication. Il est également -9 possible de modifier en fonction de la vitesse par exemple, le lien entre l'angle de chasse et la démultiplication. Le gain de retour K peut varier en fonction de la vitesse afin de modifier le comportement dynamique du véhicule. Le dispositif de commande selon l'invention peut être appliqué sur des véhicules possédant un système capable de faire varier l'angle de chasse de manière dynamique, et peut être utiliser pur réaliser un outil de mise en point des réglages des trains de véhicule. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule comportant un système de direction caractérisé en ce que ledit système de direction est modélisé par un système asservi bouclé ayant un gain de retour K qui est fonction de la démultiplication d de la direction du véhicule, de la raideur des pneumatiques Dl et dudit angle de chasse îch des roues 1 tel que, à vitesse donnée, ledit angle de chasseauh des roues varie en fonction de la démultiplication d de la direction du véhicule pour un gain de retour K donné constant. 2. Dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de commande liant la démultiplication et l'angle de chasse est telle que le gain de retour K constant est sensiblement égal à Dl * `t(ach) où I(ach)_ -cos(ach)2(rtan(ach)+cpneu), Dl représente la raideur des pneumatiques, cpneu représente la chasse du pneumatique, et r le rayon de la roue 1. 3. Dispositif de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend : a. un bloc capteur 61 fournissant les mesures en temps réel de la vitesse du véhicule et de l'angle du volant Or b. un bloc de cartographie 62 recevant en entrée le signal de la vitesse réelle du véhicule et le signal de l'angle du volant et fournissant en sortie le signal de la démultiplication désirée c. un actionneur de démultiplication 63 utilisant le signal de la démultiplication désirée en entrée et agissant sur le système de direction pour faire varier la démultiplication réelle du système de la valeur initiale vers la valeur désirée d '-11- d. un deuxième bloc de cartographie 64 ayant pour signal d'entrée le signal de la démultiplication désirée et pour signal de sortie, le signal de l'angle de chasse désiré, ce bloc utilisant la loi de commande pour un gain de retour donné e. un actionneur de chasse 65 utilisant le signal de l'angle de chasse désiré et agissant sur le train de roues pour faire varier son angle de chasse réel îch f. un bloc de direction 66 fournissant en sortie le signal de l'angle des roues en fonction des signaux d'entrée de l'angle du volant, de la démultiplication réelle d et de l'angle de chasse îch réel obtenu 4. Procédé de commande de l'angle de chasse des roues d'un véhicule caractérisé en ce que les étapes consistent à : 15 - mesurer l'angle au volant et la vitesse du véhicule - calculer la démultiplication d désirée en fonction de l'angle au volant et de la vitesse du véhicule - utiliser la démultiplication d désirée, apte à agir sur le système de direction et faire varier la démultiplication d réelle 20 - déterminer l'angle de chasse îch des roues désiré en fonction de la démultiplication d désirée -utiliser l'angle de chasse ach désiré, apte à agir sur le train de roues et faire varier l'angle de chasse îch réel 5. Véhicule comportant un dispositif de commande de l'angle de 25 chasse des roues caractérisé en ce que ledit dispositif de commande est selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 6. Véhicule selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif commande l'angle de chasse des roues avant 1. 10 30