Brevet FR2903366A1 — publié le 20080111

L'invention concerne les véhicules automobiles et en particulier leurs roues directrices. On connaît par exemple du document FR-2 832 685 un véhicule dépourvu de liaison mécanique continue entre le volant de direction et les roues directrices. De tels systèmes appelés steer-by-wire sont toutefois critiques au plan de la sécurité et doivent de ce fait être rendus tolérants à de multiples défaillances. Ainsi, sur certains véhicules, à chaque roue est associé un actionneur électrique permettant d'orienter la roue indépendamment de l'autre roue du même essieu. Au niveau de ces actionneurs, la tolérance à une défaillance est généralement obtenue en prévoyant une redondance d'actionneurs. Or, un actionneur électrique pour ce type d'application est un composant présentant un poids, un volume et un coût élevés alors même que ces critères sont parmi les plus sensibles dans le domaine automobile. La tolérance à plusieurs fautes est bien entendu encore plus contraignante, ce qui engendre une problématique sérieuse de maîtrise des poids, des volumes et des coûts qu'il est nécessaire de résoudre avant de pouvoir mettre sur le marché des systèmes steer-by-wire pour véhicule, en limitant au maximum le nombre d'actionneurs électriques nécessaires. C'est pourquoi la plupart des systèmes steer-by-wire présentés à l'état de prototypes maintiennent la crémaillère de direction qui assure un braquage couplé des deux roues directrices d'un même essieu, ce qui évite les cas de défaillance menant à des braquages antagonistes des deux roues. Ces systèmes présentent néanmoins des actionneurs de crémaillère placés en redondance de façon à être tolérants face à une défaillance de l'un des actionneurs. On est donc conduit à utiliser deux actionneurs là où un seul aurait suffi pour assurer le fonctionnement nominal, d'où une importante augmentation du poids, du volume et des coûts. A l'inverse, lorsqu'on supprime la crémaillère de sorte que les deux roues d'un même essieu puissent braquer indépendamment l'une de l'autre (ajustement de la pince et de l'épure de Jeantaud), chaque roue doit être 2903366 2 braquée au moyen d'actionneurs placés en redondance pour assurer la tolérance à une défaillance de l'un des actionneurs. On est donc conduit à utiliser deux fois plus d'actionneurs que nécessaire pour le fonctionnement nominal, soit quatre actionneurs pour un essieu directeur et huit actionneurs 5 pour un véhicule à quatre roues directrices, d'où une très importante augmentation des poids, volumes et coûts. Un but de la présente invention est de résoudre ces problèmes de suréquipement et de surcoût tout en assurant la tolérance à de multiples défaillances. 10 A cet effet, on prévoit selon l'invention un véhicule comprenant au moins un essieu comportant deux roues opposées l'une à l'autre ainsi que, pour l'essieu ou au moins l'un des essieux, une liaison élastique et/ou présentant un jeu entre les deux roues, tendant à rendre mutuellement dépendantes leurs orientations visant à diriger le véhicule. 15 Ainsi, ce lien maintient un certain degré de parallélisme de braquage entre les deux roues. Une fois son élasticité correctement calibrée, ce lien assure une fonction de secours. En mode nominal, il présente une raideur suffisamment faible pour ne pas trop entraver les éventuels mouvements antagonistes des actionneurs qui seraient nécessaires pour assurer des 20 prestations d'orientations dissymétriques des roues. En mode dégradé, c'est-à-dire lorsque l'un des actionneurs de l'essieu est inopérant mais non bloqué, le lien présente une raideur suffisamment forte pour que le seul actionneur actif puisse assurer le braquage des deux roues avec un parallélisme acceptable pour maîtriser la trajectoire du véhicule. De ce fait, on assure la 25 tolérance à une défaillance d'actionneur sans avoir à ajouter d'actionneur à celui ou ceux nécessaires en mode nominal. Le véhicule selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - la liaison est élastique et présente un jeu ; 30 - le véhicule comprend des butées associées à la liaison pour limiter au moins un antagonisme de braquage des roues ; 2903366 - il comprend pour chaque roue un actionneur permettant d'orienter la roue indépendamment de l'autre roue de l'essieu, le véhicule comportant de préférence autant d'actionneurs que de roues ; - la liaison est agencée pour être permanente ; 5 - l'essieu est un essieu avant, la liaison étant agencée par exemple pour tendre à placer les roues dans une configuration d'ouverture mutuelle ; - l'essieu est un essieu arrière, la liaison étant agencée par exemple pour tendre à placer les roues dans une configuration de fermeture mutuelle ; - les essieux sont au nombre de deux, les quatre roues étant orientables 10 pour diriger le véhicule ; et - le véhicule comprend un organe de commande de direction actionnable depuis un habitacle du véhicule, le véhicule étant dépourvu de liaison mécanique continue entre l'organe et les roues. On prévoit également selon l'invention un procédé de commande 15 d'un véhicule selon l'invention, le véhicule comprenant pour chaque roue de l'essieu ou des essieux un actionneur permettant d'orienter la roue indépendamment de l'autre roue de l'essieu, procédé dans lequel on détermine au moyen d'un test si l'un quelconque des actionneurs de roue est apte à modifier une orientation de l'autre roue de l'essieu. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de plusieurs modes préférés de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins sur lequels : - la figure 1 illustre de façon schématique en plan un véhicule selon un 25 premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 montre le comportement de l'essieu avant du véhicule de la figure 1 dans trois positions ; et - les figures 3 à 6 sont des vues analogues à la figure 2 illustrant des deuxième, troisième, quatrième et cinquième modes de réalisation. 30 Le véhicule 2 comprend un essieu avant 4 et un essieu arrière 6. A chaque essieu sont associées deux roues 8 et 10. Le véhicule est pourvu 2903366 4 d'un organe de commande de direction 12 logé dans l'habitacle du véhicule et commanclable par le conducteur. Il s'agit par exemple d'un volant. Le véhicule est en l'espèce à quatre roues directrices. Chaque roue 8, 10 est oriientable indépendamment des autres et en particulier de la roue 5 opposée du même essieu, pour diriger le véhicule. Le véhicule comprend quatre actionneurs 14 associés aux roues respectives. L'actionneur permet d'orienter la roue concernée indépendamment de la roue opposée du même essieu. Le véhicule est dépourvu de liaison mécanique continue entre l'organe 12 et les actionneurs 14, le véhicule étant de type steer-by-wire . 10 On ne décrira pas ici en détail l'agencement permettant une telle commande. De façon connue en elle-même, un ou plusieurs paramètres de position et/ou de mouvement du volant 12 sont transmis à une unité centrale du véhicule qui actionne un ou plusieurs des actionneurs afin d'orienter les roues conformément à une requête du conducteur. 15 Les deux roues 8 de l'essieu avant 4 sont reliées l'une à l'autre par une liaison mécanique élastique 16. Cette liaison n'est pas reliée directement aux roues concernées mais est reliée à des pièces reliées à ces dernières. La liaison 16 est agencée pour tendre à limiter un débattement angulaire de l'une des roues par rapport à l'autre et rendre mutuellement dépendantes les 20 orientations des deux roues visant à diriger le véhicule. Ainsi, ce lien mécanique maintient un certain degré de parallélisme entre les deux roues pour le braquage. Son élasticité est calibrée de sorte qu'il assure une fonction de secours. En référence à la figure 2, on a représenté sur le dessin A la position 25 des roues parallèles l'une à l'autre. La liaison 16 est symbolisée par des barres rigides reliées par un ressort. En partant de la position A dans laquelle le ressort est sensiblement au repos, lorsqu'on tire les roues vers l'intérieur le ressort se comprime, comme illustré sur le dessin B. A l'inverse, lorsqu'on pousse les roues vers l'extérieur, le ressort s'étire, comme illustré sur le 30 dessin C. 2903366 5 En mode nominal, il présente une raideur suffisamment faible pour ne pas trop entraver les éventuels mouvements antagonistes des actionneurs 14 qui seraient nécessaires pour assurer des prestations d'orientations dissymétriques des roues. En mode dégradé, à savoir lorsque 5 l'un des actionneurs de l'essieu est inopérant mais non bloqué, il présente une raideur suffisamment forte pour que le seul actionneur actif puisse assurer le braquage des deux roues avec un parallélisme acceptable pour maîtriser la trajectoire du véhicule. La liaison 16 est agencée pour être permanente, ce qui évite d'avoir 10 à gérer des transitions entre mode nominal et mode dégradé alors qu'une telle gestion aurait pu nécessiter l'ajout de dispositifs de connexion et déconnexion qui auraient eux-mêmes entraîné des régimes transitoires plus ou moins longs et donc néfastes. De préférence, et comme illustré à la figure 1, le lien mécanique 15 appliqué à l'essieu avant est dimensionné de sorte que, au repos et en mode dégradé, les roues 8 présentent un parallélisme en ouverture de sorte qu'elles sont chacune tournées vers l'extérieur. Ainsi, en cas de double défaillance, c'est-à-dire lorsque les deux actionneurs 14 avant sont inopérants mais non bloqués, l'essieu avant a naturellement une tendance 20 sous-vireuse qui est un gage de stabilité et permet une meilleure dirigeabilité du véhicule au moyen du seul train arrière. Une liaison mécanique élastique 18 similaire à celle de l'essieu avant est prévue sur l'essieu arrière 6. Sur l'essieu arrière, elle est dimensionnée de préférence de sorte que, au repos et en mode dégradé, les roues 10 25 présentent un parallélisme en pince. Ces roues sont tournées vers l'intérieur. De la sorte, en cas de double défaillance, c'est-à-dire lorsque les deux actionneurs des roues arrières sont inopérants mais non bloqués, l'essieu arrière a naturellement une tendance sous-vireuse qui est un gage de stabilité et permet une meilleure dirigeabilité du véhicule au moyen du seul 30 train avant. 2903366 6 Un véhicule pourvu de toutes ces caractéristiques présente une tolérance à de multiples défaillances des actionneurs sans nécessiter de prévoir une redondance de l'un quelconque d'entre eux. Ainsi : - lorsqu'on perd les deux actionneurs avant, l'ouverture naturelle du train 4 lui 5 assure sa stabilité et permet de diriger le véhicule avec le train arrière 6 ; - lorsqu'on perd les deux actionneurs arrières, la pince naturelle du train 6 lui assure sa stabilité et permet de diriger le véhicule avec le train avant 4 ; -lorsqu'on perd un actionneur avant et un actionneur arrière, les liens mécaniques de secours permettent encore de diriger le véhicule avec les 10 trains avant et arrière et les deux actionneurs restants ; et - lorsqu'on perd trois actionneurs sur les quatre, l'actionneur restant permet encore de diriger le train auquel il est rattaché tandis que l'autre train est passif en position stable. Bien entendu, la prestation de direction se dégrade à chaque perte 15 supplémentaire d'actionneur mais le véhicule reste dirigeable dans un domaine de conduite plus restreint. On pourra dimensionner les actionneurs électriques au plus juste pour le mode nominal, quitte à avoir un mode dégradé moins performant ou au contraire les surdimensionner pour avoir un mode dégradé plus 20 performant. On notera que le lien mécanique de secours peut aussi éviter des surdimensionnements d'actionneurs en permettant de retrouver en mode nominal et dans certains cas d'utilisation l'avantage du couplage entre les roues et la répartition des efforts sur tout l'essieu. C'est notamment le cas de 25 la montée d'un trottoir où l'actionneur de braquage de la roue qui monte le trottoir peut, faute d'un dimensionnement suffisant, être aidé par l'actionneur de braquage de l'autre roue via le lien mécanique qui se trouve en butée ou en état de forte raideur. Un lien mécanique étant créé entre les deux roues, il y a 30 dépendance en braquage d'une roue par rapport à l'autre. Cela s'apparente à une épure de Janteaud (différence de braquage droite/gauche). Ainsi, pour 2903366 7 soulager les actionneurs, les liens mécaniques peuvent être disposés de manière à optimiser les angles des roues et avoir l'épure de Janteaud souhaitée. Ce véhicule présente donc un lien mécanique de secours dans une 5 configuration steer-by-wire à deux degrés de liberté dans la mesure où chaque roue dispose de son propre actionneur de braquage et est orientable indépendamment de l'autre roue du même essieu. Le lien mécanique maintient un certain degré de parallélisme entre les deux roues tout en présentant un compromis de raideur : cette raideur est suffisamment forte 10 d'une part pour qu'un seul actionneur puisse assurer l'orientation des roues avec un parallélisme acceptable lorsque l'un des actionneurs est inopérant mais non bloqué, et suffisamment faible d'autre part pour ne pas trop entraver des mouvements antagonistes des actionneurs qui seraient nécessaires pour assurer des prestations d'orientations dissymétriques des 15 roues. Au sein de ce véhicule, l'unité centrale pourra mettre en oeuvre le procédé de commande selon l'invention dans lequel on détermine au moyen d'un test si l'un quelconque des actionneurs de l'un des essieux est apte à modifier une orientation de la roue associée à l'autre actionneur. Ainsi, en 20 raison de la permanence de la liaison mécanique sur chaque essieu, on peut vérifier en continu l'intégrité de cette liaison en fonctionnement nominal en testant régulièrement l'aptitude d'un actionneur à actionner la roue opposée. Ce test sera effectué de préférence dans des phases de mission particulière prédéterminées du véhicule où cela est possible sans nuire à la sécurité ni à 25 la perception de confort de l'utilisateur, de façon transparente pour ce dernier. On a illustré à la figure 3 un deuxième mode de réalisation de l'invention qui, comme dans le cas de la figure 1, peut concerner aussi bien l'essieu avant 4 que l'essieu arrière 6. 30 Dans ce mode de réalisation, la liaison 26 entre les roues n'est plus élastique mais est pourvue d'un jeu. La liaison entre les roues est donc 2903366 8 représentée par des barres rigides reliées par un dispositif mécanique qui donne du jeu, que l'on peut assimiler à une cage 28 enveloppant les extrémités internes des barres, et ce à titre d'exemple. Dans la position A qui correspond à la position de repos, les extrémités internes des barres sont 5 distantes des extrémités de la cage et distantes du milieu de celle-ci. Lorsque l'on tire les roues vers l'intérieur, les deux barres se rapprochent l'une de l'autre de sorte que leurs extrémités internes viennent en butée l'une contre l'autre, limitant le débattement angulaire des roues, comme illustré sur le dessin B. A l'inverse, comme illustré en position C, lorsqu'on pousse les 10 roues vers l'extérieur, les extrémités internes des barres viennent en butée contre les extrémités de la cage, limitant là encore le débattement des roues. Un troisième mode de réalisation a été illustré à la figure 4. Cette fois, la liaison 36 est réalisée par la mise en série des deux dispositifs des premier et deuxième modes de réalisation, de sorte que la liaison 36 est 15 cette fois à la fois élastique (portion 37) et pourvue d'un jeu avec butée (portion 38). Ici encore la position A illustre la configuration des roues au repos. La portion élastique 37 n'est ni comprimée ni tendue et dans la portion avec butée 38, les extrémités internes des barres sont à distance l'une de l'autre 20 et à distance des extrémités de la cage. Lorsqu'on commence à tirer les roues vers l'intérieur, on aboutit d'abord à la position B dans laquelle les extrémités internes des barres de la portion 38 viennent en butée l'une contre l'autre tandis que la portion 37 n'a pas changé de configuration. 25 Lorsqu'on tire encore plus les roues vers l'intérieur pour arriver à la configuration C, cette fois la portion 38 ne voit plus sa configuration modifiée mais c'est la portion élastique 37 qui se comprime. A l'inverse, lorsque, partant de la position de repos A, on pousse les roues vers l'extérieur, les barres viennent d'abord en butée contre les 30 extrémités de la cage sans que la configuration de la portion 37 soit modifiée. 2903366 9 Lorsqu'on pousse encore plus les roues vers l'extérieur, comme en position E, la partie :38 demeure inchangée mais c'est le ressort qui s'étire. On a illustré à la figure 5 un quatrième mode de réalisation de la liaison 46. Il s'agit cette fois d'une liaison élastique avec butée réalisée par la 5 mise en parallèle de la liaison élastique et de la liaison à jeu des premier et deuxième modes de réalisation. Dans la position A, les roues sont au repos. Les extrémités internes des barres sont à distance l'une de l'autre et à distance des extrémités respectives de la cage. La partie élastique 47 est au repos. Lorsqu'on tire les 10 roues vers l'intérieur pour les mettre dans la configuration B, le ressort se comprime jusqu'à ce que les deux barres viennent en butée l'une contre l'autre. Lorsqu'à l'inverse, on pousse les roues vers l'extérieur comme au dessin C, le ressort 47 s'étire jusqu'à mise en butée des extrémités des barres aux extrémités de la cage. 15 Enfin, on a illustré à la figure 6 un cinquième mode de réalisation de la liaison 56. Cette fois, il s'agit d'une liaison élastique avec jeu et butée consistant à mettre en série le dispositif du mode de réalisation de la figure 5 (avec une liaison élastique 57 en parallèle avec un dispositif à butée 58) avec un dispositif de jeu 59. On comprend que c'est d'abord le dispositif de 20 jeu 59 qui se met en oeuvre lorsque la position relative des roues se modifie, puis le dispositif élastique 57 et enfin le dispositif de butée 58. On pourra prévoir de réaliser le lien mécanique sur chaque essieu au moyen d'une tringlerie rigide ou par des câbles souples auxquels sont ajoutés les éléments nécessaires pour assurer l'élasticité, le jeu et les butées 25 souhaités au besoin. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. On pourra prévoir la liaison élastique et/ou à jeu sur un seul des deux essieux. REVENDICATIONS 1. Véhicule (2) comprenant au moins un essieu (4, 6) comportant deux roues (8, 10) opposées l'une à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend, pour l'essieu ou au moins l'un des essieux, une liaison élastique (16 ; 36 ; 46, 56) et/ou présentant un jeu (26 ; 36 ; 56) entre les deux roues, tendant à rendre mutuellement dépendantes leurs orientations visant à diriger le véhicule. 2. Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la liaison (36 ; 56) est élastique et présente un jeu. 3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des butées associées à la liaison (26 ; 36 ; 15 46 ; 56) pour limiter au moins un antagonisme de braquage des roues. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque roue un actionneur (14) permettant d'orienter la roue indépendamment de l'autre roue de l'essieu, le 20 véhicule comportant de préférence autant d'actionneurs que de roues. 5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison est agencée pour être permanente. 25 6. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'essieu est un essieu avant (4), la liaison étant agencée par exemple pour tendre à placer les roues (8) dans une configuration d'ouverture mutuelle. 30 7. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'essieu est un essieu arrière (6), la liaison étant 2903366 Il agencée par exemple pour tendre à placer les roues (10) dans une configuration de fermeture mutuelle. 8. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que les essieux (4, 6) sont au nombre de deux, les quatre roues (8, 10) étant orientables pour diriger le véhicule. 9. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (12) de commande de direction 10 actionnable depuis un habitacle du véhicule, le véhicule étant dépourvu de liaison mécanique continue entre l'organe et les roues. 10. Procédé de commande d'un véhicule conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le véhicule comprenant pour chaque roue de l'essieu ou des essieux un actionneur (14) permettant d'orienter la roue indépendamment de l'autre roue de l'essieu, on détermine au moyen d'un test si l'un quelconque des actionneurs de roue est apte à modifier une orientation de l'autre roue de l'essieu.20