Brevet FR2922848A1 — publié le 20090501

� Système de restitution d'efforts sur un volant de direction d'un véhicule automobile et procédé de commande d'un tel système� L'invention concerne un système de restitution d'efforts sur un volant de direction d'un véhicule automobile. L'invention concerné également un procédé de commande d'un tel système. L'invention concerne plus précisément un système de restitution d'efforts sur un volant de direction d'un véhicule io automobile qui est monté à rotation, dans les deux sens, entre une position de référence et une pluralité de positions angulaires de braquage, système qui comporte : - un dispositif passif de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant un premier couple Cl, notamment de rappel is du volant vers sa position de référence et - un dispositif actif de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant un second couple C2. La direction d'un véhicule automobile regroupe l'ensemble des organes qui, commandés par le volant du véhicule, 20 permettent d'orienter les roues directrices. Plus précisément, une direction comporte généralement un volant qui, par l'intermédiaire d'un arbre appartenant à une colonne de direction, entraîne un pignon qui engrène avec une crémaillère de manière à assurer la démultiplication du 25 mouvement imprimé par le conducteur au volant. Le mouvement de la crémaillère est ensuite transmis aux roues par des leviers et des barres de timonerie. La direction peut éventuellement être complétée par un dispositif de direction assistée qui comporte un appareil auxiliaire 30 qui est capable de réduire l'effort exercé par le conducteur sur le volant de direction pour orienter les roues directrices du véhicule. L'action de la chaussée sur les roues du véhicule tend à s'opposer au pivotement des roues par rapport à une position 2 d'équilibre des roues qui correspond de façon générale à une conduite en ligne droite, et à "ramener" les roues vers cette position d'équilibre. En roulage, la liaison mécanique entre les roues et le volant se traduit ainsi par un couple de rappel appliqué au volant qui tend à ramener le volant dans une position angulaire de référence associée à la position d'équilibre des roues. Le couple de rappel dépend de nombreux paramètres tels que la vitesse du véhicule, l'état de la chaussée, l'état des io pneumatiques, la présence d'un dispositif de direction assistée et l'angle de braquage du volant par rapport à sa position de référence. Actuellement, les constructeurs automobiles cherchent à supprimer la majorité des pièces mécaniques intermédiaires entre is le volant et les roues directrices du véhicule afin, notamment, de libérer de l'espace dans le poste de conduite et le compartiment moteur. En particulier, les constructeurs cherchent à supprimer la colonne de direction, et à la remplacer par une direction dite 20 � électrique � ou � par fils - by wire �. Dans une telle direction électrique, le volant est équipé d'un capteur angulaire qui détermine l'angle de braquage du volant imposé par le conducteur et transmet un signal représentatif de cet angle à un calculateur de commande de 25 l'orientation des roues. A partir de ce signal, le calculateur pilote un ou plusieurs moteurs électriques qui orientent les roues directrices du véhicule. Il est alors nécessaire d'équiper le volant d'un dispositif de 30 restitution d'efforts qui fournit un couple de rappel "artificiel" du volant vers sa position de référence, pour procurer au conducteur une impression de conduite semblable à celle d'un véhicule équipé d'une direction � traditionnelle �. 3 Parmi les dispositifs de restitution d'efforts, on distingue les dispositifs dit � actifs �, qui sont entraînés au moyen d'un actionneur, comme un moteur, et les dispositifs dits � passifs �, qui produisent le couple de rappel de façon passive. On connaît un dispositif actif de restitution d'efforts permettant de produire un couple de rappel au moyen d'un moteur électrique qui engrène avec l'arbre du volant et qui reçoit une commande de couple de rappel émise par le calculateur de commande. io La commande de couple de rappel peut par exemple être fonction de l'angle de braquage du volant par rapport à sa position de référence et/ou de la vitesse du véhicule. Le dispositif actif est apte à produire une importante plage de valeurs de couples grâce au moteur qui est commandé en is fonctions de nombreux paramètres. Toutefois, par sécurité en cas de défaillance du dispositif actif, il est préférable d'associer au dispositif actif un second dispositif de restitution d'efforts. On connaît un type de dispositif passif de restitution 20 d'efforts, tel que celui décrit dans le document FR-A-2.828.160, comportant une came qui est liée en rotation au volant et qui délimite un chemin de came s'étendant autour de l'axe de rotation de la came. Un galet tournant d'appui coopère radialement avec le 25 chemin de came de façon à appliquer le couple de rappel au volant par l'intermédiaire de la came, et un moyen élastique de rappel contraint le galet d'appui à coopérer avec le chemin de came. La force résultante appliquée sur la came par le galet est 30 sensiblement orthogonale à la portion du chemin de came sur laquelle le galet est en appui. Le chemin de came présente des portions non cylindriques, de sorte que lorsque le galet est en appui contre une de ces 4 portions non cylindriques, la force résultante appliquée sur la came ne passe pas par l'axe de rotation de la came, ce qui produit un couple de rappel du volant vers sa position de référence. Or, un tel couple de rappel du volant vers sa position de référence est parfois préjudiciable au confort de conduite du véhicule. En effet, lorsque le conducteur du véhicule exécute une manoeuvre et qu'il lâche le volant, le dispositif passif provoque io une rotation du volant vers sa position de référence. La présente invention vise à proposer un système de restitution d'efforts au volant qui offre au conducteur les avantages d'une direction traditionnelle, comme la restitution d'efforts, et qui en supprime les défauts, comme le couple de is retour du volant en position de référence, notamment au cours d'une phase déterminée particulière de manoeuvre du véhicule. Dans ce but, l'invention propose un système du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif actif est apte à appliquer un troisième couple C3 d'opposition s'opposant au 20 couple de rappel délivré par le dispositif passif de manière à empêcher le retour du volant dans sa position de référence. Grâce à cette caractéristique, en phase dite de manoeuvre, le conducteur ressent moins voire ne ressent plus le couple de rappel imposé par le dispositif passif et le volant revient moins 25 brusquement voire ne revient plus dans sa position de référence. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le dispositif passif comporte - - une came qui est liée en rotation au volant et qui délimite un chemin de came ; 30 -- un galet tournant d'appui qui est apte à être en appui sur le chemin de came ; et - - des moyens d'application du galet en appui sur le chemin de came ; - les moyens d'application du galet en appui sur le chemin de came comportent un levier qui comporte : - - un tronçon intermédiaire monté pivotant autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la came; 5 -- un point d'application d'une force élastique, qui est relié à un moyen élastique ; - - et un point de restitution de la force élastique, au voisinage duquel le galet est monté tournant sur le levier, - comporte un moyen d'amortissement des oscillations du io moyen élastique, le moyen d'amortissement pouvant être un amortisseur rotatif lié à l'axe du volant - le dispositif actif de restitution d'efforts est entraîné par un actionneur qui est commandé de façon à moduler le second couple C2 appliqué au volant ou ledit troisième couple 15 d'opposition C3 en fonction de paramètres de fonctionnement du véhicule et/ou de l'angle de braquage du volant. L'invention propose également un procédé de commande d'un système de restitution d'efforts sur un volant de direction d'un véhicule automobile qui est monté à rotation, dans les deux 20 sens, entre une position de référence et une pluralité de positions angulaires de braquage, le système comportant : - un dispositif passif de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant un premier couple Cl, notamment de rappel du volant vers sa position de référence, 25 - un dispositif actif de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant un deuxième couple C2 caractérisé en ce qu'il comporte une étape au cours de laquelle on commande le dispositif actif pour qu'il délivre un troisième couple C3 s'opposant au couple de rappel délivré par le 30 dispositif passif de manière à empêcher le retour du volant dans sa position de référence. Selon d'autres caractéristiques du procédé: 6 - le couple C3 d'opposition est appliqué lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un seuil déterminée; - la valeur du couple d'opposition C3 est fonction de paramètres de fonctionnement du véhicule et/ou de l'angle de 5 braquage du volant; - la valeur du couple d'opposition C3 est telle qu'elle annule le couple de rappel délivré par le dispositif passif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la io compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant un volant qui est associé à un dispositif actif de restitution d'efforts et à un dispositif passif de restitution d'efforts d'un système de restitution is d'efforts selon l'invention ; - la figure 2 est schéma représentant le dispositif passif de restitution d'efforts de la figure 1 comportant une came dans une position de référence, un galet d'appui en appui sur la came et un levier dans une position de travail ; 20 - la figure 3 est une vue en coupe de la figure 2 suivant le plan P, - la figure 4 est un schéma similaire à celui de la figure 2 dans lequel la came occupe une position braquée ; Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, 25 analogues ou similaires seront désignés par les mêmes chiffres ou lettres de référence. De plus, pour la clarté de la description, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures et les 30 orientations bas et haut en référence à la direction verticale. Enfin, l'expression générale � structure du véhicule � est employée pour désigner la structure du véhicule ou un élément de référence fixé sur la structure du véhicule. 7 La figure 1 représente schématiquement une direction 10 d'un véhicule automobile dite � électrique �, ou � par fils - by wire �. Selon un principe de fonctionnement général, la direction électrique 10 comporte un volant 12 qui est monté à rotation autour d'un arbre (non représenté) d'axe A longitudinal solidaire de la structure du véhicule. Le volant 12 est monté à rotation entre une position de référence correspondant à une conduite en ligne droite du io véhicule et une pluralité de positions de braquage dans chacune desquelles le volant 12 est tourné par rapport à sa position de référence et les roues directrices (non représentées) du véhicule sont braquées. La direction électrique 10 est équipée d'un capteur is angulaire 11 qui détermine l'angle de rotation, ou de braquage, du volant 12 imposé par le conducteur et qui transmet un signal représentatif de cet angle à un calculateur de commande 13. A partir de ce signal, le calculateur produit une commande d'orientation des roues qui est transmise à au moins un 20 actionneur (non représenté) orientant les roues directrices du véhicule. La direction 10 du véhicule est équipée d'un système de restitution d'efforts 14 qui comporte un dispositif actif 16 de restitution d'efforts et un dispositif passif 18 de restitution 25 d'efforts. Le dispositif passif 18 de restitution d'efforts, représenté schématiquement aux figures 2 à 4, est apte à appliquer au volant 12 un premier couple Cl de rappel du volant 12 vers sa position angulaire de référence. 30 A cet effet, le dispositif passif 18 comporte une came 20 qui est liée en rotation à l'arbre d'entraînement du volant 12 autour de l'axe A longitudinal. Un bord périphérique extérieur de 8 la came délimite un chemin de came 22 qui s'étend autour de l'axe A de rotation. La came 20 a ici globalement la forme d'un coeur qui s'étend radialement de part et d'autre d'un plan P de symétrie axiale qui passe par l'axe A de rotation, de sorte que le chemin de came 22 est constitué symétriquement d'un premier tronçon 22a du chemin 22 et d'un second tronçon 22b du chemin 22. Le dispositif passif 18 comporte un galet 24 d'appui qui est apte à être sollicité en appui radial sur le chemin de came 22, io selon une direction orthogonale à l'axe A de rotation de la came 20, ici sensiblement verticale vers le haut. La figure 2 représente la came 20 lorsque le volant 12 occupe sa position de référence, dans laquelle le plan P de symétrie de la came 20 passe par l'axe B de rotation du galet 24, is ici selon une direction verticale. Plus précisément, le galet 24 est monté libre en rotation, autour d'un axe B longitudinal, sur un levier 26 qui, au sens de l'invention, constitue un moyen d'application du galet 24 sur le chemin de came 22. 20 Le levier 26, ici du premier type, comporte une première extrémité 26a qui constitue le point d'application d'une force élastique exercée par un moyen élastique 28. Le levier 26 comporte une seconde extrémité 26b opposée sur laquelle le galet 24 est monté libre en rotation, de sorte que la 25 galet 24 est apte à rouler sur le chemin de came 22, la seconde extrémité 26b constituant un point de restitution de la force élastique appliquée sur la première extrémité 26a. Enfin, le levier 26 comporte un tronçon intermédiaire 26c qui est monté pivotant autour d'un axe C longitudinal parallèle à 30 l'axe de rotation de la came 22. Le moyen de rappel élastique 28 comporte ici un ressort 32 hélicoïdal de compression qui est interposé verticalement entre la première extrémité 26a du levier 26 et la structure du véhicule 9 afin d'exercer la force élastique sur la première extrémité 26a du levier 26, ici verticalement vers le bas. Le dispositif passif 18 comporte également un amortisseur rotatif 27 fixé d'une part sur l'arbre d'axe A autour duquel tourne le volant 12, et d'autre part à la structure du véhicule. Cet amortisseur 27 permet d'amortir les oscillations du volant autour de sa position d'équilibre lorsqu'un conducteur relâche le volant éventuellement provoquées par le ressort 32. La figure 4 montre la came dans une position braquée. De io part la forme du premier tronçon 22a et du second tronçon 22b du chemin de came 22, l'angle de braquage du volant 12 est globalement proportionnel à l'éloignement du galet 24 de l'axe de rotation A, de sorte que le premier couple de rappel Cl appliqué au volant 12 est croissant sur les plages correspondant au is premier tronçon 22a et au second tronçon 22b du chemin de came 22. A titre non limitatif, le chemin de came 22 peut être réalisé à l'intérieur de la came 20, de sorte que le chemin de came 22 est concave. 20 Comme mentionné précédemment, la direction 10 du véhicule est équipée d'un système de restitution d'efforts 14 qui comporte en outre un dispositif actif 16. On entend par dispositif actif 16 de restitution d'efforts un dispositif qui est entraîné par un actionneur commandé de façon à appliquer un couple � artificiel � 25 au volant 12. L'actionneur commandé du dispositif actif 16 est ici un moteur électrique (non représenté) qui engrène avec l'arbre d'entraînement du volant 12. Dans un premier mode de fonctionnement, le dispositif 30 actif 16 est apte à appliquer un deuxième couple C2 de rappel au volant 12 vers la position de référence du volant 12 et/ou un deuxième couple C2 produisant une simple résistance au braquage du volant 12. i0 Le moteur électrique du dispositif actif 16 reçoit une commande du deuxième couple C2 qui est émise par le calculateur de commande 13 et qui est ici fonction de la vitesse du véhicule, de l'angle de braquage du volant 12 par rapport à sa position de référence et de la vitesse de braquage du volant 12. La commande du deuxième couple C2 peut aussi être fonction des efforts , mesurés ou estimés , exercés sur le train avant. Dans un second mode de fonctionnement, le moteur électrique du dispositif actif 16 reçoit une commande de couple io C3 s'opposant au couple de rappel délivré par le dispositif passif de manière à ralentir le retour du volant dans sa position de référence. Le couple C3 peut atteindre une valeur permettant l'annulation totale du couple de rappel du dispositif actif. Plus précisément, une cartographie donnant le couple de is rappel Cl appliqué par le dispositif passif en fonction de l'angle de braquage du volant 12 est enregistrée dans la mémoire du calculateur de commande. A partir de l'angle de braquage courant du moteur et de la vitesse du véhicule, le calculateur de commande détermine la valeur de la consigne de couple C3 du 20 dispositif passif afin que celui-ci délivre un couple s'opposant au couple Cl. Le calculateur de commande est programmé pour faire passer le dispositif actif 16 du premier au second mode de fonctionnement en fonction de la vitesse de déplacement du 25 véhicule. Si la vitesse du véhicule est inférieure à un certain seuil S1, par exemple lorsque le véhicule se déplace à une vitesse qui correspond à une vitesse à laquelle le conducteur est susceptible d'exécuter une manoeuvre particulière et que l'angle de braquage 30 du volant 12 est supérieur à un angle seuil, le dispositif actif fonctionne selon le deuxième mode. Le seuil S1 peut par exemple être de dix kilomètres par heure. Si la vitesse du véhicule est supérieure à si, le calculateur de commande considère que le véhicule est dans une phase de roulage et le dispositif actif fonctionne selon le premier mode. REVENDICATIONS 1. Système (10) de restitution d'efforts sur un volant (12) de direction d'un véhicule automobile qui est monté à rotation, dans les deux sens, entre une position de référence et une pluralité de positions angulaires de braquage, système (10) qui comporte - un dispositif passif (18) de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant (12) un premier couple Cl, notamment de rappel du volant (12) vers sa position de référence, lo - un dispositif actif (16) qui est apte à appliquer au volant (12) un second couple C2 de restitution d'efforts, caractérisé en ce que le dispositif actif est apte à appliquer un troisième couple C3 d'opposition s'opposant au couple Cl délivré par le dispositif passif de manière à empêcher ls le retour du volant dans sa position de référence. 2. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif passif (18) comporte - une came (20) qui est liée en rotation au volant (12) et 20 qui délimite un chemin de came (22) ; - un galet (24) tournant d'appui qui est apte à être en appui sur le chemin de came (22) ; et - des moyens d'application du galet (24) en appui sur le chemin de came (22). 25 3. Système (10) selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'application du galet en appui sur le chemin de came (22) comportent un levier (26) qui comporte - un tronçon intermédiaire (26c) monté pivotant autour d'un 30 axe (C) parallèle à l'axe de rotation de la came (22) ; - un point d'application d'une force élastique, qui est relié à un moyen élastique (28) ; 13 - et un point de restitution de la force élastique, au voisinage duquel le galet (24) est monté tournant sur le levier (26) 4. Système (10) l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'amortissement (27) des oscillations du moyen élastique (28). 5. Système selon la revendication précédente caractérisé en ce que le moyen d'amortissement (27) est un amortisseur rotatif lié à l'axe du volant. 6. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif actif (16) de restitution d'efforts est entraîné par un actionneur qui est commandé de façon à moduler ledit second couple C2 appliqué au volant (12) ou ledit troisième couple d'opposition C3 en fonction de paramètres de fonctionnement du véhicule et/ou de l'angle de braquage du volant (12). 7. Procédé de commande d'un système de restitution d'efforts sur un volant de direction d'un véhicule automobile qui est monté à rotation, dans les deux sens, entre une position de référence et une pluralité de positions angulaires de braquage, le système comportant : - un dispositif passif (18) de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant (12) un premier couple Cl, notamment de rappel du volant (12) vers sa position de référence, - un dispositif actif (16) de restitution d'efforts qui est apte à appliquer au volant (12) un deuxième couple C2 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape au cours de laquelle on commande le dispositif actif pour qu'il délivre un troisième couple C3 s'opposant au couple de rappel délivré par le dispositif passif de manière à empêcher le retour du volant dans sa position de référence. 8. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le couple C3 d'opposition est appliqué lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un seuil déterminée. 14 9. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la valeur du couple d'opposition C3 est fonction de paramètres de fonctionnement du véhicule et/ou de l'angle de braquage du volant (12). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 dans lequel la valeur du couple d'opposition C3 est telle qu'elle annule le couple de rappel délivré par le dispositif passif.