Brevet FR2908101A1 — publié le 20080509

L'invention concerne le domaine des véhicules, par exemple des véhicules motorisés tels que des automobiles, ayant une direction mécaniquement découplée. En référence à la figure 1, les véhicules à direction mécaniquement découplée comprennent des moyens électriques (non illustrés) permettant une transmission électrique, et non plus mécanique, des instructions de direction entre d'une part le moyen de commande manuelle de direction 10 (typiquement un volant 10 de direction) et d'autre part les roues 20. Au niveau des roues 20 et de leur mécanisme de direction 30, un moteur électrique adapté 40 reçoit ces instructions de direction et entraîne les roues 20 de sorte à les faire changer de direction en conséquence. Le découplage mécanique de direction permet en particulier d'effacer les vibrations liées à la transmission mécanique classique. Cette technologie autorise de nouvelles applications en Interface Homme 15 Machine, sécurité, plaisir de conduite, espace habitacle ...etc. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de restitution d'effort destiné à être monté sur de tels véhicules. La fonction de ce dernier est de générer au volant 10 un effort au conducteur afin de donner à ce dernier une sensation de conduite 20 correspondant au retour d'efforts remontant des roues vers le volant, sensation nécessaire pour rendre un véhicule coriduisible . A cet effet, le dispositif comprend un générateur d'effort 50, encore appelé restituteur , typiquement un moteur électrique, couplé mécaniquement au volant 10 de sorte à communiquer à ce dernier des efforts 25 adaptés pour donner au conducteur ladite sensation de conduite. Ce restituteur 50 permet aussi de générer des butées, dans le cas par exemple d'une crémaillère en fin de course, ou de roues en butée de trottoir. Pour générer des butées, l'effort peut dépasser les 20 N.m au volant 10 d'un véhicule dit série. 2908101 2 Hormis ces efforts de butée, les couples de conduite fournis au volant 10 par le restituteur 50 se situent dans la plage d'effort variant typiquement entre 0 et 7 N.m. Les efforts de butée sont donc bien plus importants que les autres efforts 5 de conduite. Or l'effort maximal que peut fournir le restituteur 50 impacte directement sur le volume de ce dernier. Pour diminuer l'encombrement de ce restituteur 50, ont été proposés des systèmes dans lesquels le restituteur 50 ne génère plus les efforts de butée, 10 ceux-ci étant gérés par d'autres mécanismes. Ainsi, le document US 2005/082106 propose que, dans le cas où les roues 10 entrent en butée, le système re-couple alors le volant 10 aux roues 20 par une liaison mécanique. Ce système nécessite cependant l'utilisation à la fois d'un couplage 15 mécanique et d'un couplage électrique. Des problèmes de coûts, de complexité et d'encombrement apparaissent alors. De plus, le re-couplage mécanique engendre les inconvénients des véhicules classiques avec colonne de direction. Le document US 6 598 695 prévoie des butées mécaniques entre le 20 restituteur 50 et le volant 10. Cependant, ces butées ne sont agencées que pour bloquer le volant 10 lorsqu'il est en bout de course , c'est à dire à deux positions angulaires extrêmes du volant 10. Des efforts de butée pour des positions intermédiaires ne sont pas 25 générés par ce système. Le document EP 1 205 372 propose quant à lui d'ajouter au restituteur 50, un deuxième restituteur de butée générant spécifiquement les efforts de butée. Les deux restituteurs sont montés sur l'arbre de transmission du volant. 2908101 3 Cependant, ce système ne résout pas le problème d'encombrement, car le deuxième restituteur doit nécessairement avoir un volume suffisant pour générer un gros effort. De plus, l'effort de butée généré par le deuxième restituteur reste faible. 5 Ce système doit en outre inclure des moyens électroniques sophistiqués pour gérer les deux restituteurs. D'autre part, les deux restituteurs sont couplés à l'arbre de transmission par l'intermédiaire d'un mécanisme de pignons complexe, entraînant une augmentation des frottements secs, préjudiciable à une bonne restitution. 10 Ce système est donc complexe et coûteux. Le document US 6 578 444 propose de prévoir deux embrayages unidirectionnels reliés à une partie fixe, couplés à l'arbre de transmission, entre le restituteur 50 et le volant 10, pour générer l'effort de butée lorsque les embrayages sont activés. Cependant, cela nécessite deux actionneurs (deux embrayages). Ce système n'est donc pas optimisé d'un point de vue coût. Un objectif de l'invention est de résoudre les précédents inconvénients. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de restitution des efforts de conduite et de butée ayant une architecture simple, économique présentant une flexibilité suffisante pour pouvoir ajuster simplement les efforts imposés au volant afin d'améliorer les sensations de conduite. A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un ensemble comprenant un dispositif de restitution d'effort destiné à être monté sur un véhicule ayant une direction mécaniquement découplée ( drive-by-wire ), et un moyen de commande manuelle du véhicule, ledit dispositif comprenant un générateur d'effort couplé au moyen de commande manuelle de direction du véhicule de sorte à communiquer un effort au moyen de commande, ledit dispositif comprenant en outre un mécanisme de blocage générant un blocage au moins partiel du moyen de commande lorsqu'il est activé, caractérisé en ce que l'ensemble est agencé de sorte que le mécanisme de blocage, le 2908101 4 générateur d'effort et le moyen de commande soient couplés en série et dans cet ordre. D'autres caractéristiques optionnelles de l'invention sont : - le mécanisme de blocage est agencé pour générer mécaniquement ledit 5 blocage ; - le moyen de commande manuelle est multiposition, et le générateur d'effort est agencé pour générer un effort qui est fonction de la position du moyen de commande de sorte à donner une sensation de conduite au conducteur ; - le générateur d'effort peut générer des efforts moindres que des efforts de 10 butée de véhicule ou de fin de course du moyen de commande, tels que des efforts compris entre 0 et 7 N.m ; - le dispositif de restitution d'effort comprend un moyen de couplage entre le générateur d'efforts et le moyen de commande manuelle comportant soit des moyens de prise directe soit un réducteur ; 15 - le générateur d'effort comprend un moteur électrique, ledit moyen de commande manuelle étant couplé au rotor du moteur, et le mécanisme de blocage est couplé à l'axe du rotor, afin de bloquer, lorsqu'il est activé, le rotor en lui appliquant un couple de blocage supérieur aux couples que peut fournir le moteur ; 20 - le mécanisme de blocage comprend une pièce de révolution crantée montée solidaire sur l'axe du rotor et une dent venant en prise avec un des crans de la pièce lorsque le mécanisme de blocage est activé, appliquant alors le couple de blocage ; - l'ensemble comprend en outre des moyens d'actionnement permettant 25 d'actionner le mécanisme de blocage sur réception d'une consigne d'actionnement émise lorsque le véhicule ressent un effort de butée et/ou lorsque des fins de course prédéterminées du moyen de commande manuelle ont été détectées et/ou lorsqu'une crémaillère est en bout de course ; 2908101 5 - le dispositif de restitution d'effort comprend en outre des moyens de transmission du blocage au moyen de commande manuelle qui ont une raideur totale équivalente à la raideur d'une colonne de direction mécanique. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un véhicule comprenant 5 une direction mécaniquement découplée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble selon l'une des revendications précédentes. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention seront d'avantage compris à la lecture de la description qui suit, non limitative, et illustrée par les figures suivantes : 10 La figure 1 représente un système de direction mécaniquement découplée, avec restituteur. La figure 2 représente un dispositif de restitution d'effort selon l'invention. La figure 3 est un graphique représentant la variation de l'angle de torsion d'un arbre de transmission du dispositif en fonction de l'angle donné au volant 15 de direction, et selon que le mécanisme de blocage du dispositif est activé ou non. La figure 4 est un graphique représentant la variation du couple de torsion d'un arbre de transmission du dispositif en fonction de l'angle donné au volant de direction, selon que le mécanisme de blocage du dispositif est activé ou non. 20 La figure 5 est un graphique représentant la variation du couple moteur du restituteur selon l'invention en fonction de l'angle donné au volant de direction. La figure 6 est un graphique représentant la variation du couple ressenti au niveau du volant, en fonction de l'angle donné au volant de direction, selon que le mécanisme de blocage est activé ou non. 25 En référence à la figure 2, est représenté un dispositif restituteur d'effort à un moyen de commande manuelle 10 d'un véhicule, comprenant un générateur d'effort 50 (ou restituteur 50) couplé au moyen de commande manuelle 10 et un mécanisme de blocage 110 couplé au restituteur 50. Le mécanisme de blocage 110 est agencé pour générer un blocage au 30 moins partiel du moyen de commande 110 lorsqu'il est activé. 2908101 6 Le mécanisme de blocage 110, le restituteur 50, et le moyen de commande manuelle 10 sont couplés en série et dans cet ordre. Ainsi, lorsque le mécanisme de blocage 110 est activé, celui-ci applique un couple de blocage à la fois au restituteur 50 et au moyen de commande 5 manuelle 10, par l'intermédiaire de moyens de transmission 90-60. Ce montage en série permet aussi d'intervenir sur le mécanisme de blocage 110, sans devoir nécessairement démonter ou agir sur la liaison restituteur 50 û moyen de commande manuelle 10. II est en particulier possible, de façon simple, d'intervenir sur la raideur 10 des éléments de transmission 90 situés dans le mécanisme de blocage 110, avant l'ensemble restituteur 50 û moyen de commande manuelle 10, afin notamment d'imposer au volant 10 des efforts de conduite offrant au conducteur les meilleures sensations de conduite possibles. On peut en particulier ajuster la raideur de ces éléments de transmission 15 90 pour rendre les efforts de butée plus ou moins raides. Il est ainsi possible de retrouver une raideur totale proche de celle d'une colonne de direction mécanique, rendant la conduite, et en particulier les butées, la plus réaliste possible. En référence à la figure 2, le moyen de commande manuelle 10 est 20 avantageusement multiposition, et sera par la suite considéré comme étant, de façon non limitative, un volant 10 de direction d'un véhicule automobile. Le restituteur 50 est ici un moteur électrique apte à générer du couple au volant 10. Ce moteur électrique 50 peut être agencé, de manière non limitative, pour 25 générer des couples compris entre 0 N.rn et 7 N.m. Le dispositif est avantageusement agencé pour que ce moteur 50 fasse varier le couple qu'il génère en fonction de la position du volant 10 et/ou de la position des roues 20 et/ou des efforts ressentis par les roues 20 ou par le mécanisme de direction 30. 2908101 7 A cet effet des moyens de détection adaptés de position et/ou d'effort, connus en soi, peuvent être prévus à proximité de ces différents éléments du véhicule, ainsi que des moyens de contrôle commandant le moteur 50 en fonction des signaux reçus de ces différents moyens de détection. 5 Le rotor du moteur 50 est couplé au volant 10, soit en prise directe, soit par l'intermédiaire d'un réducteur 60, soit par d'autres moyens de transmission. Le mécanisme de blocage 110 est lui aussi couplé au rotor du moteur 50, mais au niveau de l'autre extrémité de ce dernier. Le mécanisme de blocage 110 génère préférentiellement ledit couple de 10 blocage de manière mécanique. Selon un premier mode de réalisation, le mécanisme de blocage 110 comprend : une pièce de révolution crantée, ici une roue crantée 70, montée sur l'axe du moteur 50, par l'intermédiaire d'un moyen de liaison mécanique, ici un 15 arbre de transmission 100 ; et - une dent 80 venant en prise avec un des crans de la roue 70 lorsque le mécanisme de blocage 110 est activé, appliquant alors ledit couple de blocage. Les crans de la roue 70 sont préférentiellement répartis de manière 20 homogène tout autour de la roue 70. Ainsi, la dent 80 peut venir bloquer la roue 70, ainsi que le moteur 50 et le volant 10, quelle que soit la position de la roue 70, et donc du volant 10. Des moyens d'actionnement 90, tel qu'un vérin, actionnent la dent 80 pour que la dent 80 passe d'une position ou elle n'est pas en prise avec la roue 25 70 à une position où elle se trouve en prise avec la roue 70. Le mécanisme de blocage 110 passe alors, respectivement, d'un état inactivé à un état activé. Le vérin 90 se déclenche sur réception d'une consigne. De même, le vérin 90 peut se désenclencher sur réception d'une autre 30 consigne. 2908101 8 Cette consigne est transmise si un événement de butée a été détecté, l'événement de butée pouvant être par exemple le fait que le véhicule a ressenti une butée, et/ou le volant 10 se trouve dans une position de fin de course (positions du volant 10 prédéfinies), et/ou une crémaillère du véhicule se 5 trouve en bout de course, etc. Des moyens de détection adaptés, connus en soi, peuvent être prévus sur le véhicule, afin de détecter un ou plusieurs de ces évènements. Le signal reçu par ces moyens de détection est alors par exemple traité par un moyen de contrôle, apte à envoyer ladite consigne en cas de détection d'un événement. 10 Selon un deuxième mode de réalisation non représenté, le moteur 50 peut être associé à un mécanisme de blocage différent de celui décrit ci-dessus. Un moyen d'embrayage est alors apte à lier l'arbre de transmission 100 à une pièce mécanique fixée au châssis du véhicule ou solidaire de celui-ci. Cet embrayage se fait alors sans rotation, contrairement au mode de réalisation 15 avec roue dentée. Les moyens de transmission des efforts du dispositif de restitution d'effort selon l'invention peuvent comprendre un arbre de transmission 100 à l'entrée du moteur 50 (i.e. du côté du mécanisme de blocage 110) et un ou plusieurs arbres de transmission en sortie. 20 On peut alors adapter les raideurs de ces différents arbres pour obtenir un effet sur les sensations de conduite. Dans l'exemple de la figure 2, on pourra adapter par exemple les raideurs entre les points A et B ; B et C ; C et D. Soient les raideurs équivalentes : 25 KI Entre A et B K2 Entre B et C K3 Entre C et D Ktotaie Entre A et D La raideur K3 peut permettre en particulier de paramétrer la raideur de 30 butée. 2908101 9 Celle-ci permet donc de définir une butée plus ou moins raide. On peut choisir, par exemple, une raideur pour K3 telle que la raideur globale Ktota,e soit équivalente à la raideur d'un véhicule avec colonne de direction. 5 Les figures 3 à 6 sont des graphiques représentant des mesures de grandeurs (couples, angles) en fonction de la position (ou angle) donnée au volant 10, dans un exemple d'application de l'invention. La figure 3 représente la variation de l'angle de torsion de l'arbre de transmission 100 en fonction de l'angle donné par le conducteur au volant 10, 10 selon que le mécanisme de blocage 110 est activé (régions 1) ou non (région 2). On voit ici que l'effort de butée est généré (i.e. le mécanisme de blocage 110 est activé) dès que l'angle donné au volant 10 dépasse un angle limite, considéré, de manière prédéterminé, comme un angle de fin de course . 15 On remarque aussi ici que l'arbre de transmission 100 a un angle de torsion, en valeur absolue, croissant au fur et à mesure que l'angle donné au volant 10 augmente (en valeur absolue). Toujours dans le même exemple, la figure 4 représente la variation du couple de torsion de l'arbre de transmission 100 en fonction de l'angle donné 20 au volant 10, selon que le mécanisme de blocage 110 est activé (régions 1) ou non (région 2). La figure 5 représente la variation du couple moteur du restituteur 50 en fonction de l'angle donné au volant 10. On voit ici que le couple moteur augmente avec l'angle (en valeur 25 absolue) du volant 10. Le couple moteur est cependant limité à un plafond (par exemple 7 N.m) à partir d'une valeur limite d'angle de roue 10 (prise en valeur absolue). Cette valeur d'angle limite correspond sensiblement à l'angle de fin de course , tel qu'expliqué plus haut en référence à la figure 3. 2908101 10 La figure 6 représente la variation du couple ressenti au niveau du volant 10 (celui-ci étant égal à la somme du couple moteur du restituteur 50 selon la figure 5 et du couple de torsion de l'arbre de transmission 100 selon la figure 4), en fonction de l'angle donné au volant 10, selon que le mécanisme de 5 blocage 110 est activé (régions 1) ou non (région 2). REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant un dispositif de restitution d'effort destiné à être monté sur un véhicule ayant une direction mécaniquement découplée ( drive-by-wire ), et un moyen de commande manuelle (10) du véhicule, ledit dispositif comprenant un générateur d'effort (50) couplé au moyen de commande manuelle (10) de direction du véhicule de sorte à communiquer un effort au moyen de commande (10), ledit dispositif comprenant en outre un mécanisme de blocage (110) générant un blocage au moins partiel du moyen de commande (10) lorsqu'il est activé, caractérisé en ce que l'ensemble est agencé de sorte que le mécanisme de blocage (110), le générateur d'effort (50) et le moyen de commande (10) soient couplés en série et dans cet ordre. 2. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce 15 que le mécanisme de blocage (110) est agencé pour générer mécaniquement ledit blocage. 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de commande manuelle (10) est multiposition, et en ce que 20 le générateur d'effort (50) est agencé pour générer un effort qui est fonction de la position du moyen de commande (10) de sorte à donner une sensation de conduite au conducteur. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 25 en ce que le générateur d'effort (50) peut générer des efforts moindres que des efforts de butée de véhicule ou de fin de course du moyen de commande (10), tels que des efforts compris entre 0 et 7 N.m. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 30 en ce que le dispositif de restitution d'effort comprend un moyen de couplage 2908101 12 (60) entre le générateur d'efforts (50) et le moyen de commande manuelle (10) comportant soit des moyens de prise directe soit un réducteur. 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que le générateur d'effort (50) comprend un moteur électrique, ledit moyen de commande manuelle (10) étant couplé au rotor du moteur, et en ce que le mécanisme de blocage (110) est couplé à l'axe du rotor, afin de bloquer, lorsqu'il est activé, le rotor en lui appliquant un couple de blocage supérieur aux couples que peut fournir le moteur. 10 7. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mécanisme de blocage (110) comprend une pièce de révolution crantée (70) montée solidaire sur l'axe du rotor et une dent (80) venant en prise avec un des crans de la pièce (70) lorsque le mécanisme de blocage (110) est activé, appliquant alors le couple de blocage. 8. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'actionnement (90) permettant d'actionner le mécanisme de blocage (110) sur réception d'une consigne d'actionnement émise lorsque le véhicule ressent un effort de butée et/ou lorsque des fins de course prédéterminées du moyen de commande manuelle (10) ont été détectées et/ou lorsqu'une crémaillère est en bout de course. 9. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de restitution d'effort comprend en outre des moyens de transmission (60, 100) du blocage au moyen de commande manuelle (10) qui ont une raideur totale équivalente à la raideur d'une colonne de direction mécanique. 2908101 13 10. Véhicule comprenant une direction mécaniquement découplée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble selon l'une des revendications précédentes.