Brevet FR2919256A1 — publié le 20090130

B07/0583FR ù GK/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif de direction pour véhicule, procédé et véhicule correspondant Invention de : AUVINET Jannick ROUYER Daniel TORRES Guillaume Dispositif de direction pour véhicule, procédé et véhicule correspondant La présente invention concerne le domaine des organes de direction d'un véhicule automobile, plus particulièrement des directions possédant un découplage entre le volant et les roues directrices. Il est possible de supprimer la colonne de direction, ce qui s'avère intéressant en termes d'encombrement, de masse et de possibilité d'ajout de nouvelles fonctionnalités. On connaît à cet égard le document FR 2 873 343 (RENAULT) qui décrit un système de direction assistée de véhicule avec restitution d'efforts pour donner au conducteur une sensation de conduite qui lui permette de surveiller l'évolution du braquage et du reste du comportement dynamique du véhicule. La présente invention vise à améliorer les systèmes découplés de direction de véhicule. La présente invention vise un système de direction de véhicule dont l'utilisation soit plus sûre et plus agréable pour le conducteur. Le dispositif de direction pour véhicule à au moins une roue orientable, comprend un organe de manoeuvre à disposition d'un conducteur, un système de braquage de ladite roue et une unité de commande du système de braquage. Le dispositif comprend un capteur d'angle de braquage, un actionneur de restitution couplé à l'organe de manoeuvre, un moyen d'identification de problème de braquage et un moyen de génération d'une consigne de restitution dépendant du problème de braquage. Le dispositif permet au conducteur d'apprécier plus rapidement la rencontre d'obstacles, par exemple en fin de course de crémaillère, en butée contre un trottoir, etc. L'organe de manoeuvre peut être un volant, une manette simple ou double ou encore un guidon. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande comprend un moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre et de la consigne de restitution, ladite commande étant envoyée au moteur de restitution. L'unité de commande peut comprendre un moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite commande étant envoyée à l'actionneur de restitution. Le conducteur bénéficie de la sorte d'une sensation de réaction analogue à celle dont il peut avoir l'habitude avec une direction mécanique. Bien entendu, la sensation de réaction peut être améliorée par rapport à celle que le conducteur connaît avec une direction mécanique. Dans un mode de réalisation, le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution comprend une consigne de maintien en position initiale de l'organe de manoeuvre et une consigne de position de l'organe de manoeuvre en fin de course de braquage et/ou en cas de blocage de roue. L'organe de manoeuvre est ainsi maintenu en position initiale dans les conditions courantes de conduite. Le système de braquage est commandé par le couple exercé par le conducteur. Les mains du conducteur peuvent ainsi rester dans une zone où leur dextérité est maximale tout en percevant l'existence d'obstacles. On réduit le besoin qu'éprouve le conducteur de déplacer ses mains par rapport à l'organe de manoeuvre, par exemple en cas de braquage fort. On réduit le risque qu'un conducteur n'effectue des gestes généralement déconseillés tels que le croisement des bras lors d'un braquage fort. On offre ainsi au conducteur une meilleure maîtrise du véhicule, d'où une réduction du risque d'accident. Par ailleurs, le confort et l'agrément de conduite du conducteur sont accrus dans les situations nécessitant un braquage fort, par exemple sur des routes en lacet, en ville ou encore lors de manoeuvres de parcage. L'actionneur de restitution peut comprendre un vibreur. Dans un mode de réalisation, le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution comprend un correcteur appliqué sur la différence entre une position de l'organe de manoeuvre mesurée par un capteur et la consigne de l'actionneur de restitution. L'unité de commande peut comprendre un moyen de génération d'une consigne de braquage du système de braquage en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite consigne étant envoyée au système de braquage, et une entrée de vitesse de véhicule, le moyen de génération d'une commande du système de braquage prenant en compte la vitesse de véhicule pour générer la consigne du système de braquage. Le moyen de génération d'une commande du système de braquage peut comprendre un correcteur appliqué sur la différence entre un braquage mesuré par un capteur et la consigne du système de braquage. On peut prévoir une direction plus dure à vitesse élevée afin de favoriser la stabilité de la trajectoire du véhicule, et plus réactive à faible vitesse afin d'éviter au conducteur d'avoir à exercer un couple très élevé lors du braquage des roues à l'arrêt qui nécessite une force importante devant être exercée par le système de braquage. Dans un mode de réalisation, le moyen d'identification de problème de braquage comprend une entrée de consigne de position de braquage, une entrée de mesure de position de braquage, et une sortie de consigne de position de l'organe de manoeuvre. Le procédé de commande de direction pour véhicule à au moins une roue directrice comprend la mesure par un capteur d'un couple exercé sur un organe de manoeuvre par un conducteur. Une unité de commande génère une commande d'un système de braquage de ladite roue, et envoie ladite commande au système de braquage. L'unité de commande identifie un problème de braquage et génère une consigne de restitution dépendant du problème de braquage. La consigne de restitution est envoyée à un actionneur de restitution couplé à l'organe de manoeuvre. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande génère une consigne de braquage du système de braquage en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite consigne étant envoyée au système de braquage. En cas de problème de braquage, la consigne de braquage peut être neutralisée, par exemple en commandant un courant nul dans l'actionneur de braquage. Dans un mode de réalisation, la consigne de couple de restitution est appliquée par un actionneur de restitution. Un véhicule peut comprendre un dispositif tel que décrit ci-dessus monté pour la commande du braquage des roues directrices, par exemple des roues avant ou des roues arrière. On peut bénéficier d'un organe de manoeuvre à disposition du conducteur qui reste sensiblement stationnaire tout en signalant les obstacles, d'où une meilleure visibilité des voyants du tableau de bord, une meilleure position des mains du conducteur lors de braquages importants, la possibilité de concevoir un organe de manoeuvre de forme novatrice, par exemple s'éloignant du volant habituel, et ce tout en bénéficiant des avantages des directions découplées, notamment en terme d'encombrement, de masse et de sécurité en cas d'accident. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de direction ; -la figure 2 est une vue schématique partielle de l'unité de commande ; - la figure 3 est un organigramme d'étapes du procédé ; et - les figures 4 et 5 sont des courbes montrant le couple de l'actionneur de direction en fonction du couple volant et de la vitesse du véhicule. Comme on peut le voir sur la figure 1, un véhicule 1 comprend une caisse 2 et des roues, ici au nombre de quatre, fixées par l'intermédiaire d'un mécanisme de suspension, non représenté, à la caisse 2. Dans le mode de réalisation représenté, les roues avant 3, 4 sont directrices et les roues arrière 5, 6 sont directrices ou non. Les roues directrices 3 et 4 sont orientées en braquage par un système de braquage 7. Le système de braquage 7 peut comprendre une crémaillère 8 agissant sur l'orientation des roues 3 et 4 par l'intermédiaire de barres de direction 9 et 10. La crémaillère 8 est actionnée par un moteur 11, directement ou par l'intermédiaire d'engrenages 12. Le véhicule 1 comprend un organe de manoeuvre 13, par exemple un volant à disposition du conducteur dans l'habitacle du véhicule 1. L'organe de manoeuvre 13 est associé à un capteur d'angle 14 et à un capteur de couple 15. Le capteur de couple est configuré pour mesurer le couple exercé sur l'organe de manoeuvre 13 par le conducteur. Un actionneur 16 de restitution de couple est relié à l'organe de manoeuvre 13, directement ou par l'intermédiaire d'engrenages 17. Le véhicule 1 comprend une unité de commande 18 de direction comprenant une entrée reliée à la sortie du capteur d'angle 14, une entrée reliée à la sortie du capteur de couple 15 et une entrée reliée à une sortie d'un capteur de vitesse 19. Le capteur de vitesse 19 peut servir à plusieurs fonctionnalités, notamment à l'antiblocage de freins. L'information de vitesse peut être présente à bord d'un réseau, par exemple de type CAN, d'information du véhicule. L'unité de commande 18 comprend un module 20 de génération d'une consigne de braquage du système de braquage 7, et un module 21 de génération d'une consigne de restitution de couple envoyée à l'actionneur de restitution 16. De préférence, le module 21 de génération d'un couple de restitution comprend une consigne permanente de maintien à zéro de l'angle de l'organe de manoeuvre 13. On peut ainsi maintenir en position l'organe de manoeuvre 13 à la résolution du capteur 14 près et à la réaction de l'actionneur 16 près. En pratique, l'organe de manoeuvre 13 peut être maintenu dans une plage par rapport à la position neutre. Le module 21 de génération d'une consigne de restitution de couple est illustré plus en détail sur la figure 2. Le module 21 peut être construit de telle sorte que l'organe de manoeuvre 13 reste fixe. Le module 21 peut comprendre un régulateur PID 22 émettant en sortie une consigne de courant envoyée à l'actionneur 16. Le module 21 comprend également un comparateur 23 recevant sur une entrée positive la consigne d'angle de l'organe de manoeuvre et sur une entrée négative l'angle mesuré fourni par le capteur d'angle 14. Dans le cas où la consigne d'angle de l'organe de manoeuvre 13 est en permanence nulle, le comparateur 23 peut être remplacé par un inverseur. Le couple de consigne du moteur de direction 11 peut être établi par le module 20 à partir du couple mesuré par le capteur de couple 15 et à partir de la vitesse du véhicule mesurée par le capteur de vitesse 19. Pour une vitesse du véhicule donnée, l'effort nécessaire que doit fournir le système de braquage 7 peut être une loi cubique de l'effort au volant. Plus particulièrement, on peut prévoir que la consigne envoyée par le module 20 au moteur de direction 11 est la somme du produit du couple mesuré par le capteur de couple 15 et d'une constante et du produit du cube du couple mesuré par le capteur de couple 15 et d'une autre constante. Par ailleurs, la consigne fournie au moteur de direction 11 est décroissante avec la vitesse. Un exemple de loi d'effort à fournir par le moteur de direction en fonction de l'effort mesuré au volant et de la vitesse du véhicule est illustré par la figure 4. Pour un couple volant positif élevé, la consigne de braquage est monotone décroissante en fonction de la vitesse. I1 en va de même, en valeur absolue, pour un couple volant maximal négatif. A faible vitesse de véhicule, la courbe de couple de consigne de braquage en fonction du couple volant présente une pente très faible, voire nulle, à proximité du zéro du couple volant et une pente maximale à proximité des minimum et maximum du couple volant. Comme illustré sur la figure 3, à partir des mesures du couple exercé sur le volant, de la vitesse du véhicule et de la position de la crémaillère fournie par les capteurs, l'unité de commande 18 effectue le calcul de la consigne de position de la crémaillère, par exemple avec une cartographie dépendant de l'effort exercé sur le volant et de la vitesse du véhicule avec l'équation suivante : X consigne_crémaillère = f (Vitesse véhicule ) * RéduCtlOfmoteur_crémaillère Couplevolant Avec Xeonsignecrémaillère, la consigne de position de la crémaillère, et Réductionmoteur crémaiiière exprimant la réduction entre l'axe de rotation du moteur et le déplacement linéaire de la crémaillère. En d'autres termes, la consigne de position de la crémaillère est proportionnelle au couple exercé sur le volant et dépend de la vitesse du véhicule. La loi de commande, par exemple telle qu'illustrée sur la figure 2, est ensuite appliquée à la consigne de position de la crémaillère Xconsignecrémaiüére, la loi de commande ayant également pour entrée la mesure de la position de la crémaillère. L'unité de commande 18 effectue une étape d'identification de problèmes de train directeur, notamment pour identifier une roue bloquée, par exemple contre un trottoir, ou encore une crémaillère en fin de course. L'unité de commande 18 peut effectuer une comparaison entre la position de la crémaillère mesurée par le capteur de position 24 et le consigne Xconsignecrémaiüére de position de la crémaillère. Lorsque la différence entre ces deux valeurs est supérieure à un seuil, l'unité de commande 18 considère alors que le train muni de roues directrices subit un problème du genre décrit ci-dessus. En fonction de l'écart entre la consigne de position de la crémaillère et la position mesurée de la crémaillère, de la position mesurée de la crémaillère elle-même et d'une durée minimale, l'unité de commande 18 génère une consigne d'angle adaptatif aux deux situations de crémaillère en fin de course et de roue en butée contre un trottoir ou un mur. La situation de crémaillère en fin de course correspond à une position mesurée de la crémaillère proche d'un extremum. La consigne adaptative de l'angle appliqué peut alors être un signal sinus dont l'amplitude et la fréquence dépendent de l'écart entre la position mesurée de la crémaillère et la consigne de position de la crémaillère, par exemple le produit d'une fonction dudit écart par le sinus du produit du temps et dudit écart. Alternativement, on peut prévoir une consigne d'angle adaptatif distincte selon le cas de crémaillère en fin de course ou de roue en butée, par exemple avec des fréquences et des amplitudes distinctes. La consigne d'angle adaptatif est ensuite additionnée avec la consigne de position du volant en régime normal et qui est en général égal à zéro, pour fournir une consigne de restitution destinée à l'actionneur de restitution 16 lié au volant de commande. L'unité de commande 18 effectue ensuite le calcul de l'intensité de consigne dudit actionneur restituteur, par exemple en comparant l'angle volant mesuré et la consigne de pilotage de l'actionneur de restitution avec une régulation de type PID. Le dispositif peut ainsi fournir au conducteur un maintien en position centrale de l'organe de manoeuvre dans les situations de conduite normale, et un mouvement significatif, par exemple de type vibratoire, en cas de situation particulière telle qu'une fin de course de braquage et une roue du train directeur en butée empêchant la poursuite du braquage contre un obstacle tel qu'un trottoir ou un mur. Le conducteur est ainsi averti du problème par un signal mécanique ressenti dans les mains posées sur l'organe de manoeuvre, et l'avertissant de façon intuitive et immédiate de la survenue d'un empêchement à la réalisation de son souhait de braquage exprimé en exerçant un effort sur l'organe de manoeuvre. Grâce à l'invention, on dispose d'un organe de manoeuvre stationnaire avec pilotage en couple de l'angle de braquage des roues directrices et signalisation mécanique de problème. L'invention peut s'appliquer aux véhicules à deux ou quatre roues directrices. L'invention offre une sécurité de conduite accrue, une ergonomie améliorée et un agrément de conduite de haut niveau. REVENDICATIONS 1-Dispositif de direction pour véhicule (1) à au moins une roue orientable, comprenant un organe de manoeuvre (13) à disposition d'un conducteur, un système de braquage (7) de ladite roue, et une unité de commande (18) du système de braquage, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur d'angle de braquage (24), un actionneur de restitution (16) couplé à l'organe de manoeuvre, un moyen d'identification de problème de braquage et un moyen de génération d'une consigne de restitution dépendant du problème de braquage. 2-Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande (18) comprend un moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution (16) en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre et de la consigne de restitution, ladite commande étant envoyée à l'actionneur de restitution. 3-Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution (16) comprend une consigne de maintien en position initiale de l'organe de manoeuvre et une consigne de position de l'organe de manoeuvre en fin de course de braquage et/ou en cas de blocage de roue. 4-Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution (16) comprend un correcteur appliqué sur la différence entre une position de l'organe de manoeuvre (13) mesurée par un capteur et la consigne de l'actionneur de restitution. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (18) comprend un moyen de génération d'une consigne de braquage du système de braquage en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre (13), ladite consigne étant envoyée au système de braquage, et une entrée de 11 vitesse de véhicule, le moyen de génération d'une commande du système de braquage prenant en compte la vitesse de véhicule pour générer la consigne du système de braquage. 6-Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le moyen de génération d'une commande du système de braquage comprend un correcteur appliqué sur la différence entre un braquage mesuré par un capteur et la consigne du système de braquage. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'identification de problème de braquage comprend une entrée de consigne de position de braquage, une entrée de mesure de position de braquage, et une sortie de consigne de position de l'organe de manoeuvre. 8-Procédé de commande de direction pour véhicule à au moins une roue orientable, dans lequel un capteur (24) mesure un angle de braquage de roue, une unité de commande (18) génère une commande d'un système de braquage (7) de ladite roue, et envoie ladite commande au système de braquage, l'unité de commande (18) identifiant un problème de braquage et générant une consigne de restitution dépendant du problème de braquage, la consigne de restitution étant envoyée à un actionneur de restitution (16) couplé à l'organe de manoeuvre (13). 9-Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'unité de commande (18) génère une consigne de braquage du système de braquage en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite consigne étant envoyée au système de braquage. 10-Véhicule comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, monté pour la commande du braquage des roues directrices.