Brevet FR2917043A1 — publié le 20081212

La présente invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles équipés d'une direction sans colonne, c'est-à-dire sans liaison mécanique entre des moyens de commande de direction tels qu'un volant sur lequel agit le conducteur et des moyens de pivotement agissant mécaniquement sur les roues du véhicule. La direction d'un véhicule est obtenue par la transmission d'une commande de direction, issue des moyens de commande de direction, à des moyens de pivotement des roues. La transmission de la commande entre les moyens de commande de direction et les moyens de pivotement des roues est habituellement réalisée de façon mécanique, par l'intermédiaire de la colonne de direction. Dans ce cas, l'effort exercé par le conducteur sur les moyens de commande de direction est directement transmis aux moyens de pivotement des roues, et, réciproquement, la réaction exercée par la chaussée sur les roues et s'opposant à leur changement d'orientation est transmise, avec généralement un facteur de démultiplication, au conducteur qui la ressent comme une résistance à son action sur les moyens de commande de direction. Cette colonne de direction présente d'importantes contraintes d'encombrement et de poids. En outre, elle limite considérablement les possibilités d'emplacement et d'architecture des moyens de commande de direction. II existe différentes solutions permettant de pallier à ces inconvénients. Une première solution consiste à utiliser des moyens hydrauliques pour assurer le pivotement des roues et leur liaison avec les moyens de commande de direction. Une deuxième solution consiste à utiliser des moyens de pivotement des roues hydrauliques qui sont actionnés par J S\2. R442.12 FR.44. dpt 2 des moyens électriques, la liaison entre les moyens de commande de direction et les moyens de commandes électriques étant assurée par un câblage électrique. Enfin, une troisième solution concerne un système de direction de véhicule entièrement électrique, les moyens de pivotement des roues comprenant au moins un moteur électrique piloté par un calculateur relié par un câblage électrique aux moyens de commande de direction. Ces solutions présentent des inconvénients auxquels il faut remédier. 10 D'abord, il est nécessaire d'intégrer aux moyens de commande de direction un dispositif de restitution d'efforts afin de permettre au conducteur de ressentir les efforts exercés par la chaussée sur les roues directrices du véhicule. Ainsi, lorsque les moyens de commande de 15 direction comprennent un volant, le dispositif de restitution d'effort peut consister en un moteur électrique exerçant un couple de valeur déterminée opposé à l'action du conducteur sur le volant. Le système de direction sans colonne de direction décrit dans le document FR 2 802 491, permet d'assurer cette fonction. En effet, le système 20 présente un dispositif de restitution d'effort au niveau du volant, la restitution d'effort étant basée sur l'intensité du courant alimentant le moteur pour simuler au plus juste les efforts nécessaires au pivotement des roues. 25 Ensuite, il faut déterminer une stratégie de pivotement des roues du véhicule, c'est-à-dire une loi déterminant la position de pivotement des roues en fonction de la position des moyens de commande de direction. Enfin, il est nécessaire de gérer les arrivées en butée de fin de course 30 des roues dans leur pivotement de braquage. D'une part, le conducteur doit ressentir au niveau des moyens de commande de direction un fort J S \2 . R442.12 F R. 44 . dpt 3 couple résistant lorsque les roues arrivent en butée et, d'autre part, il ne faut pas que les butées soient détériorées par des arrivées en butée des roues. Des solutions à ce problème de détérioration appliqué aux systèmes de direction présentant une colonne de direction et une assistance permettant de facilité sa rotation existent. Le système décrit dans le document WO 2004/071847 peut constituer une illustration de ces solutions. En effet, le système comprend un module qui limite l'assistance voire qui entraîne une résistance à la rotation de la colonne de direction à l'approche des butées de fin de course de braquage. Cette limitation de l'assistance est notamment fonction de la position de braquage de roue et de la vitesse de manoeuvre des moyens de commande de direction. II n'y a, a priori, pas d'expression analytique pour cette limitation. En outre, une telle solution ne peut à l'évidence pas être appliquée à un système de direction sans colonne. Le but de l'invention est de fournir un procédé de pilotage d'un moteur de pivotement de roues permettant d'obvier aux inconvénients décrits précédemment et améliorant les procédés de pilotage de moteurs de pivotement connus de l'art antérieur. En particulier, le procédé de pilotage selon l'invention permet d'éviter la détérioration des butées de fin de course de braquage des roues. Le but de l'invention est encore de fournir un dispositif de protection des butées de fin de course de pivotement des roues, ce dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Selon l'invention, le procédé de pilotage d'un moteur de pivotement des roues directrices d'un véhicule automobile entre deux butées de fin de course comprend une limitation de la vitesse du moteur aux voisinages des butées de fin de course. JS\2.R442.12FR.44.dpt 4 Selon une variante, le procédé de pilotage peut comprendre une limitation de la vitesse du moteur qui augmente à mesure que les roues s'approchent de l'une ou de l'autre des butées de fin de course. Selon une variante du procédé de pilotage, le moteur peut être de type électrique à courant continu, ou à courant alternatif. Selon une variante du procédé de pilotage, une limitation de la vitesse du 10 moteur est obtenue par limitation de ses paramètres d'alimentation. Selon une variante du procédé de pilotage, lorsqu'une vitesse seuil (wmot max secu) du moteur est dépassée, on fixe à zéro une consigne de couple pilotant le moteur. 15 Selon une variante du procédé de pilotage, une vitesse seuil (wmot_max_secu) est obtenue à l'approche des butées de fin de course par une loi faisant intervenir l'angle de pivotement maximal autorisé (teta_max_secu), l'inertie du moteur (Jtot) et le couple maximum fourni 20 par le moteur (Cmax). Selon l'invention, un dispositif de protection des butées de fin de course de pivotement des roues d'un véhicule automobile comprend des moyens matériels et logiciels pour mettre en oeuvre le procédé de 25 pilotage selon l'invention. Selon une variante, le dispositif de protection utilise des moyens matériels comprenant un calculateur. 30 Selon une variante, le dispositif de protection utilise des moyens logiciels comprenant des opérateurs mathématiques. J S \2. R442.12 F R.44. dpt5 Un système de commande de direction d'un véhicule automobile selon l'invention comprend un dispositif de protection tel que décrit précédemment. 5 Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un système de direction tel que décrit précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un procédé d'alimentation de moteur selon l'invention et un mode de réalisation d'un dispositif de protection des butées de fin de course de pivotement. La figure 1 est un schéma d'un système de direction intégrant un dispositif de protection des fins de course de pivotement selon l'invention. La figure 2 est un schéma d'une structure d'asservissement de pivotement des roues intégrant un dispositif de protection des fins de course de pivotement selon l'invention. 20 La figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif de protection des fins de course de pivotement selon l'invention. La figure 4 est un schéma de détail du bloc 2 du dispositif de la figure 3. 25 La figure 5 est un schéma de détail du bloc 3 du dispositif de la figure 3. La figure 6 est un graphique temporel représentant les évolutions temporelles de la consigne d'angle de pivotement (ou braquage), de l'angle de pivotement, de la consigne de vitesse du moteur de pivotement 30 et de la vitesse du moteur de pivotement, le dispositif de protection des fins de course de pivotement n'intervenant pas. J S \2 . R442.12 F R. 44 . d pt15 6 La figure 7 est un graphe représentant les évolutions de la vitesse du moteur de pivotement et de la consigne de vitesse du moteur de pivotement en fonction de la position de pivotement des roues, le dispositif de protection des fins de course de pivotement n'intervenant pas. La figure 8 est un graphique temporel représentant les évolutions temporelles de la consigne d'angle de pivotement (ou braquage), de l'angle de pivotement, de la consigne de vitesse du moteur de pivotement et de la vitesse du moteur de pivotement, le dispositif de protection des fins de course de pivotement intervenant. La figure 9 est un zoom du graphique de la figure 8. Le système de direction 1 pour véhicule automobile représenté à la figure 1 comprend un module 8 de surveillance des butées de fin de course de pivotement des roues, ce module étant équipé d'un dispositif de protection des butées de fin de course. 20 Le système de direction est du type sans liaison mécanique entre des moyens 3 de commande de direction et des moyens 4 de pivotement des roues, soit sans colonne de direction. Il comprend principalement les moyens de commande de direction 3 tels qu'un volant en liaison 25 mécanique avec un moteur de restitution d'effort et sur lequel le conducteur 2 peut agir, des moyens 4 de pivotement des roues tels qu'un moteur de pivotement lié mécaniquement aux roues 5 et un système électronique 12 pour alimenter et piloter ces moyens et en acquérir des informations. 30 J S \2. R442.12 F R. 44 . dpt15 7 Le système électronique 12 comprend un module électronique 6 pour piloter le moteur de restitution et déterminer la position du volant, un module électronique 7 pour piloter le moteur de pivotement 4 des roues et un module électronique 8 de surveillance en sortie du module électronique 7 afin de protéger les butées de fin de course de pivotement des roues. Dans la présente description, on utilise les notations suivantes : Cmax : couple moteur maximal, Jtot : inertie totale du système de direction (dont la composante principale est l'inertie du rotor de moteur de pivotement), Nr : rapport de réduction entre l'angle de position du rotor du moteur de pivotement et l'angle de pivotement des roues, teta : angle de pivotement des roues, teta mot : angle de position du moteur, teta_max_secu : angle de pivotement maximal autorisé, teta_max_butee : angle de pivotement jusqu'à l'arrivée en butée, - teta_max_ass : consigne de pivotement maximale fournie par le système, teta_mes : angle de pivotement instantané des roues, cons_teta : consigne de position de pivotement des roues, wmot_mes : vitesse de rotation instantanée du moteur, wmot_max_ass : consigne de vitesse de rotation du moteur maximale fournie par le système, wmot max secu : vitesse de rotation du moteur maximale autorisée par le système, cons wmot : consigne de vitesse de rotation du moteur de pivotement, wr : vitesse de pivotement instantanée des roues, gamma_max : accélération maximale de rotation du moteur de pivotement, J S\2. R442.12 FR.44. dpt 8 cons_cple, CCple_in : consigne de couple moteur avant modification par le module électronique 8 de surveillance, CCple_Out : consigne de couple moteur après modification par le module électronique 8 de surveillance. Le système électronique est partiellement détaillé à la figure 2. Dans un premier bloc 9, on élabore une consigne d'angle de pivotement des roues cons_teta. Dans un deuxième bloc 10, on utilise la consigne d'angle de pivotement et la valeur courante de l'angle de pivotement teta_mes pour élaborer une consigne de vitesse cons_wmot pour le moteur de pivotement 4, cette consigne étant saturée par une valeur wmot_max_ass. Dans un troisième bloc 11, on utilise la consigne de vitesse et la valeur courante de vitesse du moteur wmot pour élaborer une consigne de couple cons_cple, cette consigne étant saturée par une valeur Cm_max_ass. C'est cette consigne de couple qui attaque le module électronique 8 de surveillance des butées de fin de course. Dans ce module électronique, la consigne de couple est modifiée si nécessaire pour protéger les butées de fin de course de pivotement. Le module électronique 8, mettant en oeuvre un procédé de pilotage du moteur de pivotement selon l'invention, est décrit en détail en référence à la figure 3. Dans un premier bloc 13, différents paramètres sont recueillis : il s'agit de la consigne de couple CCple_in établie au bloc 11, mais aussi des valeurs courantes de vitesse du moteur wmot et de position de pivotement des roues teta. Dans un deuxième bloc, on utilise la valeur courante de position des roues pour élaborer une valeur de vitesse maximale admissible pour le moteur, cette valeur est notée wmot_max_secu. Dans un troisième bloc 15, les valeurs de consigne de couple CCple_in, de vitesse courante du moteur wmot et de vitesse maximale admissible pour le moteur wmot_max_secu sont utilisées pour élaborer une consigne de couple moteur modifiée CCple_Out et J S\2. R442.12FR.44. dpt 9 effectivement utilisée pour piloter le moteur et pour élaborer un indicateur Defaut butee d'activité du module électronique 8 de surveillance, c'est-à-dire une valeur indiquant si le module électronique modifie ou non la consigne de couple fournie par le bloc 11. Le principe de l'invention selon un premier mode de réalisation est de surveiller l'énergie cinétique stockée dans le système de direction et notamment dans le moteur de pivotement. 10 Pour ce faire, on utilise la stratégie suivante : Lorsque les roues se trouvent éloignées de l'une et de l'autre des butées, le module de surveillance vérifie que la vitesse de rotation du moteur wmot ne dépasse pas la vitesse maximale de consigne wmot_max_ass. Pour éviter des déclenchements intempestifs du 15 module de surveillance, celui-ci vérifie de préférence que la vitesse de rotation du moteur wmot ne dépasse pas une vitesse maximale wmot_max_secu autorisée par le système et définie, par exemple, comme wmot_max_secu = wmot_max_ass x 1,05. Ainsi, lorsque les roues se trouvent dans une plage de positions 20 éloignées de l'une et de l'autre des butées de fin de course, la vitesse maximale de rotation du moteur de pivotement est indépendante de la position des roues. Le module de surveillance vérifie alors la relation (1) : wmot 10 butée. Ainsi, l'énergie cinétique stockée dans le système est progressivement réduite à l'approche des butées et les arrivées en butée ont par conséquent lieu en douceur. Pour déterminer la loi de vitesse de moteur admissible en fonction de la position de pivotement des roues, on analyse les caractéristiques dynamiques du système de direction. On a les équations suivantes : gamma_max = Nr x Cmax / Jtot teta_mot = 0,5 x gamma_max x t2 wmot = gamma_max x t II vient donc : wmot = -\I(2 x gamma_max x teta_mot) Ainsi, lorsque l'angle de pivotement est positif, la vitesse maximale admissible à l'approche d'une butée doit respecter la relation (2) : wmot En termes de pourcentage de course, si on assimile la totalité de la course de pivotement des roues à 100%, on peut par exemple choisir que sur les plages de pivotement de 0 à 10% et de 90 % à 100%, les roues se trouvent à proximité des butées et que sur la plage 10 à 90%, les roues se trouvent éloignées des butées. Ces valeurs dépendent directement des caractéristiques {wmot_max_secu ; teta_max_secu} choisies. Les fonctionnements détaillés des blocs 14 et 15 sont décrits ci-après en référence aux figures 4 et 5. Le bloc 14 analyse la valeur de position teta des roues qui lui est fournie 30 en entrée et en fonction de celle-ci élabore la valeur de vitesse maximale wmot_max_secu autorisée par le système. Pour ce faire, le bloc J S \2 . R442.12 F R. 44. dpt 11 comprend un ensemble d'opérateurs mathématiques réalisés par exemple par des moyens logiciels tels que des programmes d'ordinateurs. Ces moyens permettent de calculer la valeur wmot_max_secu. Ainsi, lorsque les roues sont loin des butées, la valeur wmot_max_secu vaut 1,05 x wmot_max_ass, lorsque les roues sont proche d'une butée du côté des valeurs de pivotement positives, la valeur wmot_max_secu vaut I(2 x gamma_max x Nr x (teta û teta_max_secu) et, lorsque les roues sont proche d'une butée du côté des valeurs de pivotement négatives, la valeur wmot_max_secu vaut 'l(2 x gamma_max x Nr x (teta + teta_max_secu). La valeur wmot_max_secu calculée au niveau du bloc 14 est ensuite fournie au bloc 15. Le bloc 15 modifie effectivement ou non la valeur de consigne de couple CCple_in en utilisant les paramètres wmot et wmot_max_secu. Dans le mode de réalisation décrit, on compare les paramètres wmot et wmot_max_secu entre eux, et l'on fournit en sortie du bloc 15 comme consigne de couple CCple_out, la valeur de consigne de couple CCple_in si wmot wmot_max_secu . Le bloc fournit en outre un indicateur d'activité du module électronique 8 de surveillance, c'est-à-dire une valeur indiquant si le module électronique modifie ou non la consigne de couple fournie par le bloc 11. Pour ce faire, le bloc 15 comprend un ensemble d'opérateurs mathématiques réalisés par exemple par des moyens logiciels tels que des programmes d'ordinateurs. Grâce au procédé de pilotage de moteur selon l'invention et au dispositif de protection des butées de fin de course le mettant en oeuvre, les arrivées violentes des roues au contact des butées sont évitées. Il est à noter, que sans un tel procédé, des efforts de l'ordre de 18000 N peuvent être atteints sur les butées du fait de l'énergie cinétique stockée dans le moteur et du fait des dispositifs de réduction de vitesse. J S \2. R442.12FR.44. dpt 12 En effet, comme décrit précédemment dès et tant qu'une vitesse de moteur trop importante du moteur est détectée la consigne de couple pilotant le moteur est forcée à zéro. Ceci a évidemment pour conséquence de diminuer rapidement la vitesse du moteur. Les figures 6 et 7 présentent un exemple de déplacement de pivotement de roue d'un angle de 0 à un angle de 36 , la consigne teta_max_ass de pivotement maximale fournie par le système valant également 36 . Dans cet exemple la valeur teta_max_secu vaut 39 . Etant donné que jamais la position de pivotement des roues n'atteint cette valeur et que la vitesse du moteur ne dépasse jamais la valeur wmot_max_secu, le dispositif de protection des butées n'est pas déclenché. La figure 7 permet de bien visualiser les évolutions des vitesses en fonctions des positions de pivotement des roues et la zone de vitesses interdites hachurée. Aux figures 8 et 9, le même mouvement de pivotement des roues a été commandé. Cependant, le paramètre teta_max_secu est cette fois fixé à 37 . En conséquence, le dispositif de protection des fins de course est déclenché à plusieurs reprises et entraîne l'apparition d'oscillations sur les courbes de position de braquage et de vitesse du moteur. En effet, le déclenchement du dispositif de protection a pour conséquence de forcer brutalement la consigne de couple CCple_Out pilotant le moteur à zéro. Le module électronique de surveillance 8 est de préférence intégré au calculateur comprenant le module électronique d'asservissement 7 du moteur pour des raisons de coûts. A l'inverse, si des critères de fiabilité et de sécurité sont privilégiés, le module électronique de surveillance 8 et le module électronique d'asservissement 7 peuvent faire partie de deux calculateurs distincts. J S \2 . R442.12 F R.44. dpt Revendications : 1 Procédé de pilotage d'un moteur (4) de pivotement des roues directrices (5) d'un véhicule automobile entre deux butées de fin de course, caractérisée en ce qu'il comprend une limitation de la vitesse du moteur aux voisinages des butées de fin de course. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limitation de la vitesse du moteur augmente à mesure que les roues s'approchent de l'une ou de l'autre des butées de fin de course. 3. Procédé de pilotage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur est du type électrique à courant continu, ou à courant alternatif. 4. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la limitation de la vitesse du moteur est obtenue par limitation de ses paramètres d'alimentation. 5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'une vitesse seuil (wmot_max_secu) du moteur est dépassée, on fixe à zéro une consigne de couple pilotant le moteur. 25 6. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vitesse seuil (wmot_max_secu) est obtenue à l'approche des butées de fin de course par une loi faisant intervenir l'angle de pivotement maximal autorisé (teta_max_secu), l'inertie du 30 moteur (Jtot) et le couple maximum fourni par le moteur (Cmax). J S\2. R442.12 FR.44. dpt 1320 7. Dispositif de protection (8) des butées de fin de course de pivotement des roues (5) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et logiciels pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes. 8. Dispositif de protection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens matériels comprennent un calculateur (8). 9. Dispositif de protection selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens logiciels comprennent des opérateurs mathématiques. 15 10. Système (1) de commande de direction d'un véhicule automobile comprenant un dispositif de protection (8) selon l'une des revendications 7 à 9. 11. Véhicule automobile comprenant un système (1) de direction selon 20 la revendication 10. J S \2 . R442.12 F R. 44 . dpt