Brevet FR2909963A1 — publié le 20080620

PROCEDE D'ESTIMATION DE LA CHARGE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE D'UN SYSTEME DE DIRECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention porte sur tout système de direction automobile possédant au moins un moteur électrique permettant de faire mouvoir la crémaillère de direction et donc de faire tourner les roues. 1 o De tels dispositifs de direction pourvus d'une assistance au conducteur de type électrique (connu sous l'acronyme DAE) permettent de réduire l'effort du conducteur sur le volant pour orienter les roues et notamment lorsque le véhicule est à l'arrêt durant les manoeuvres de stationnement ou lorsque le véhicule est roulant durant des situations d'urgences. 15 L'invention s'applique aussi bien pour les systèmes de direction à assistance électrique sur pignon (le moteur électrique est relié directement sur le pignon, terme anglais P-EPS Pignon Electric Power Steering system), que pour les DAE à colonne (le moteur électrique est relié en haut de la colonne de direction proche du volant, terme anglais C-EPS Column Electric Power Steering 20 system), que pour les DAE sur crémaillère (le moteur électrique est relié sur la crémaillère via un autre pignon, terme anglais R-EPS Rack Electric Power Steering system), que pour les systèmes dits Steer by wire (aussi appelé SBW correspondant à un R-EPS mais sans colonne de direction). 25 La figure 1 montre un exemple d'un système de direction assistée électrique de l'état de l'art d'un véhicule automobile comportant une colonne de direction et un volant. Le dispositif de direction représenté à la figure 1 comporte un volant 10 solidaire en rotation d'un pignon 12 par l'intermédiaire d'une colonne de direction 30 14 qui peut comporter une ou plusieurs parties. Le pignon 12 est engrené sur une crémaillère 16 entraînée en translation par le pignon 12 lors d'une action de rotation du volant par le conducteur. La crémaillère 16 est solidaire des roues du véhicule par le biais de deux biellettes de direction : une biellette droite 24, solidaire de l'extrémité droite 26 de la crémaillère 35 16 et de la roue droite 28, et une biellette gauche 30, solidaire de l'extrémité 2909963 2 gauche 32 de la crémaillère 16 et de la roue gauche 34 ; chaque roue comportant des pneumatiques par lesquels remontent les efforts dus à la route. Dans cet exemple de réalisation de la figure 1, le système de direction comporte, en outre, un capteur de couple 40 disposé sur la colonne de direction 5 14 et pour l'assistance au conducteur, un réducteur 44 couplé d'une part à un moteur électrique 46 et d'autre part au pignon 12. L'objectif d'une direction assistée pour véhicule automobile est de fournir une assistance au conducteur, c'est le couple d'assistance Cassist. Cette 1 o assistance va être calculée en fonction des entrées du conducteur (couple volant Cvo,, angle volant Ovo,, ou autres) et en fonction de l'état du véhicule (vitesse, ou autres) et idéalement aussi des conditions extérieures (adhérence, ou autres) correspondant à différentes situations de vie du véhicule, si elles sont connues ou identifiées. 15 Si l'assistance de direction est fournie en partie par un moteur électrique, il va falloir que le moteur fournisse un certain couple. Dans le cas de la Figure 1, c'est le couple moteur sur le réducteur, Cmot/red. Le couple d'assistance Cassist est alors directement fonction du couple moteur Cmot/red, et il est généralement 20 proportionnel à ce couple. Pour fournir ce couple moteur Cmot/red, il faut piloter le moteur électrique par une tension de commande Umot. On aura alors un courant Imot qui donnera un certain couple moteur. Généralement, on utilise la relation simplifié suivante : 25 CmoUred =K e'mot (1) Cmot/red est le couple moteur fourni par le moteur Imot est le courant moteur Ke est une constante de conversion électromécanique Pour avoir un certain couple moteur, on pilote la tension Umot aux bornes du moteur en fonction de l'écart d'un courant moteur calculé à partir de la relation très simpliste (1), et du courant moteur Imot mesuré par un dispositif. 30 2909963 3 Malheureusement, on néglige les dynamiques du système (inertie, masse, raideur, frottements, ou autres), on obtient un mauvais couple moteur Cmot/red, et on n'arrive donc pas à avoir un couple d'assistance comme on le souhaite. L'invention consiste à estimer correctement et précisément le couple 5 moteur Cmot/red d'un système de direction assistée d'un véhicule automobile. C'est aussi ce qu'on appelle la charge du moteur électrique. On précise que ce couple est variable au cours du temps. Il est fonction : - de l'action du conducteur sur le volant, - des efforts provenant du contact pneumatique / route via la crémaillère, - de la tension moteur Umot et du courant moteur Imot. La valeur de la charge du moteur électrique n'est pas mesurable sur les systèmes de direction par manque de place pour mettre un capteur et son électronique associé, mais aussi par manque de fiabilité et de robustesse et du coût rédhibitoire pour une solution automobile. L'invention est une alternative utilisant un calculateur utilisant un algorithme d'estimation du couple d'assistance à partir de capteurs déjà disponibles sur le véhicule. A cet effet l'invention propose un procédé d'assistance améliorée pour système de direction de véhicule, notamment de véhicule automobile, du type comportant : une crémaillère, un pignon engrené sur la crémaillère pouvant être entraînée en translation par le pignon, la crémaillère étant reliée par ses deux extrémités aux roues directrices du véhicule et un moyen d'assistance couplé au pignon, caractérisé en ce qu'il consiste : - à estimer par des moyens de calcul le couple d'assistance Cassist a fournir par le moyen d'assistance du véhicule ; - à adapter le paramétrage des moyens de calcul d'assistance en fonction des entrées du conducteur et de différentes situations de vie du véhicule. Avantageusement dans le procédé selon l'invention, le couple d'assistance Cassist est fourni par un moteur électrique couplé au pignon, le couple 2909963 4 d'assistance Cassist étant alors directement fonction du couple moteur Crnot/red founi par le moteur sur le pignon. Dans une réalisation du procédé, le modèle d'estimation choisi du couple 5 moteur Cmot/red est le suivant : dt mot _ est = ù Bmot mot _est Jmot Sbn(0motest )+ e I mot ù mot /red _est mot mot \ mot avec : 1 o Bmot amortissement mécanique (par exemple de valeur 1 e-4 N.m.s/rad), Jmot inertie du moteur, Ke constante de conversion électromécanique, Smot frottement sec (par exemple de valeur 0,01 N.m), Sgn(omot_est) étant la fonction signe appliquée à la vitesse de rotation 15 moteur, valant 1 si GJmot_est >0, 0 Si GJmot_est =0, -1 sinon (wmot_est 0, 0 si GJmot_est =0, -1 sinon (Omot_est REVENDICATIONS 1. Procédé d'assistance améliorée pour système de direction de véhicule, notamment de véhicule automobile, du type comportant : une crémaillère (16), un pignon (12) engrené sur la crémaillère (16) pouvant être entraînée en translation par le pignon (12), la crémaillère (16) étant reliée par ses deux extrémités aux roues directrices du véhicule et un moyen 10 d'assistance (46) couplé au pignon (12), caractérisé en ce qu'il consiste : - à estimer par des moyens de calcul (50) le couple d'assistance Cassist à fournir par le moyen (46) d'assistance du véhicule ; - à adapter le paramétrage des moyens de calcul (50) d'assistance en 15 fonction des entrées du conducteur et de différentes situations de vie du véhicule. 2. Procédé d'assistance améliorée selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le couple d'assistance Cassist est fourni par un moteur électrique couplé au pignon (12), le couple d'assistance Cassist étant alors directement fonction du 20 couple moteur CmoUred founi par le moteur (46) sur le pignon. 3. Procédé d'assistance améliorée selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le modèle d'estimation choisi du couple moteur Cmot/red est le suivant : 25 avec : Bmot amortissement mécanique (par exemple de valeur le-4 N.m.s/rad), Jmot inertie du moteur, 30 Ke constante de conversion électromécanique, Smot frottement sec (par exemple de valeur 0,01 N.m), Sgn(wmot_est) étant la fonction signe appliquée à la vitesse de rotation moteur, valant 1 si (Omot_est >0, 0 si (Amot_est =0, -1 sinon (comot_est 4. Procédé d'assistance améliorée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fonction de transfert entre couple moteur estimé Cmottred_est et le couple moteur d'assistance Cmot,rea : Cmot / red _est (S) 1 = Gd (S) _ Cmor/red (s) 1 + z, S c'est-à-dire, une fonction d'un premier ordre avec comme constante de temps 2I, 5. Procédé d'assistance améliorée selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un procédé de calcul du couple moteur estimé Cmot/red_est ayant les étapes suivantes : - dans une première étape (90) : Initialisation de wmot-est et de la variable e : (Omot_est(0)= (0mot(0) E(0)=0 20 - dans une deuxième étape suivante (92) : acquisition de wmo t et 'mot pour un indice k soit : (Omot(k) et Imot(k) 25 - dans une troisième étape suivante (94) calcul de : s(k) = e(k -1) + AT B2 ot ((tltnot (k) ù Wmot est (k) J I 5 15 (5) Cmot/red (k) = Jmot 21 `mot (k) ù mot est (k))+ e(k) 2909963 17 ù( 1 l ù Bmot + AT J mot est (k) ù,Sot sgn\wmot est (k))+ Ke Jmot (k) ù Cmot/red est (k) après calcul (troisième étape 94), retour (96) à l'étape (92) d'acquisition par incrémentation de k. 5 Wmot(k) et Imot(k) étant la vitesse moteur et le courant moteur lors de l'incrémentation d'ordre k étant une variable intermédiaire de calcul l'équation e(k) = e(k -1) + AT B2" ` (co,,,,, (k) - wn,o,_ä5., (k)~ 1 o étant une approximation suite à la discrétisation par la méthode Euler. 6. Procédé d'assistance améliorée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans un autre mode de réalisation du procédé d'estimation du couple moteur d'assistance, le dit procédé utilise, en plus du courant moteur, 'mot, et la vitesse de rotation du moteur, wmot, la tension aux bornes du moteur, Umot. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'assistance améliorée pour système de direction de véhicule, selon les revendications précédentes, 20 notamment de véhicule automobile, du type comportant : -une crémaillère (16), un pignon (12) engrené sur la crémaillère (16) pouvant être entraînée en translation par le pignon (12), la crémaillère (16) étant reliée par ses deux extrémités aux roues directrices du véhicule et un moyen d'assistance (46) couplé au pignon (12), 25 - un capteur de courant fournissant le courant moteur 'mot, - un capteur de vitesse fournissant la vitesse de rotation du moteur wmot, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul (50) pour réaliser des estimateurs du couple moteur Cmot/red_est, à partir d'au moins le courant moteur 'mot, et la vitesse de rotation wmotdu moteur (46). AT mot est (k +1) = Jmot 2909963 18 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'assistance améliorée selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'estimateur comporte : 5 - un bloc correcteur L(s) (110) comportant une entrée c1 recevant une information d'une sortie pS d'un comparateur CP (112) fournissant la différence entre une vitesse mesurée du moteur oemot et une vitesse estimée (Omot est et, une sortie s1 fournissant une valeur du couple moteur estimé Cmot/red_est , - un bloc modèle A,B,C,H (114) comportant deux entrées, une première 10 entrée ml recevant la valeur du couple moteur estimé Cmovred_est en sortie s1 du bloc correcteur L(s) (110) et une deuxième entrée m2 recevant la valeur du courant moteur Imot, le bloc modèle (114) fournissant à sa sortie s2 une valeur de la vitesse estimée du moteur GJmot_est, cette valeur étant aussi utilisée par le comparateur CP (112). 15 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'assistance améliorée selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de direction comporte, en outre, un capteur de tension moteur Umot 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'assistance améliorée selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'estimateur comporte : -un autre bloc correcteur L(s) (124) comportant l'entrée cl recevant une information d'une sortie pS d'un comparateur CP (112) fournissant la différence 25 entre une vitesse mesurée du moteur oemot et une vitesse estimée ,)motest et, une sortie s1 fournissant une valeur du couple moteur estimé Cmot/red_est , - un autre bloc modèle A,B,C,H (122) comportant dans cette réalisation trois entrées, un première entrée ml recevant la valeur du couple moteur estimé Cmot/red est en sortie s1 du bloc correcteur L(s) (124), une deuxième entrée m2 30 recevant la valeur du courant moteur Imot, et une troisième entrée m3 recevant la tension moteur Umot, le bloc modèle (122) fournissant à sa sortie s2 une valeur de la vitesse estimée du moteur COmot est, cette valeur étant aussi utilisée par le comparateur CP (112).