Brevet FR2927048A1 — publié le 20090807

DEMANDE DE BREVET B07-4070FR - JT/PG Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système de direction assistée électrique de véhicule automobile. Invention de : Gaël MERCIER Laurent HANCART 2 Système de direction assistée électrique de véhicule automobile. La présente invention concerne le domaine général des systèmes de direction assistée électrique pour véhicules automobiles. Un véhicule automobile comporte classiquement une colonne de direction fixée à la carrosserie du véhicule qui guide et supporte l'arbre de transmission relié au volant de direction. L'extrémité inférieure de la colonne de direction est pourvue d'un pignon agissant sur une crémaillère pour permettre de modifier l'orientation angulaire des roues directrices du véhicule en réponse à une rotation du volant. Un tel système de direction peut être pourvu d'une assistance électrique au braquage des roues afin de réduire les efforts du conducteur, par exemple lors d'une manoeuvre de stationnement. A cet égard, on prévoit généralement l'utilisation d'un actionneur disposé sur la colonne de direction, et d'un capteur de mesure du couple appliqué par le conducteur sur le volant monté sur la colonne de direction entre l'actionneur et le volant. Lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique dans laquelle le conducteur contrôle uniquement l'accélération et le freinage du véhicule, des moyens de contrôle permettent de commander la rotation automatique souhaitée du volant. Dans ce mode de fonctionnement, il est nécessaire de pouvoir détecter une éventuelle intervention du conducteur sur le volant afin d'arrêter cet asservissement en rotation. Dans l'état de la technique antérieure, on utilise à cet égard le signal émis par le capteur de mesure du couple en prévoyant un seuil de déclenchement à partir duquel on considère que le conducteur a repris en main le volant. Avec cette solution, il convient de prévoir un seuil de déclenchement relativement élevé pour ne pas assimiler une 3 perturbation extérieure, par exemple un choc transmis par les roues directrices à une intervention du conducteur. Dans ces conditions, lors d'une reprise en main du volant par le conducteur, le volant est entraîné à une vitesse relativement importante, par exemple de l'ordre d'un tour par seconde. Ceci peut produire un désagrément pour le conducteur. En effet, la reprise en main du volant peut s'avérer relativement brusque. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de prévoir un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile apte à discerner, notamment lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique, une intervention du conducteur d'une perturbation extérieure tout en assurant une détection relativement fine. La présente invention a également pour but de prévoir un système particulièrement précis, robuste et économique. La présente invention a pour objet un système de direction assistée électrique de véhicule automobile du type comportant une colonne de direction solidaire en rotation d'un volant et pourvue d'un pignon agissant sur une crémaillère. Le système comprend un moyen de mesure du couple appliqué par le conducteur sur le volant, et des moyens d'estimation dudit couple appliqué par le conducteur à partir de paramètres de fonctionnement de la colonne de direction comprenant le couple détecté par le moyen de mesure. Dans un mode de réalisation, le système comprend un moyen de mesure de l'angle de rotation du volant. Avantageusement, les paramètres de fonctionnement de la colonne de direction comprennent la vitesse angulaire du volant obtenue à partir de la mesure de l'angle de rotation dudit volant. Les paramètres de fonctionnement peuvent comprendre le moment d'inertie de moyens montés entre le moyen de mesure du couple et le volant. Le couple estimé par les moyens d'estimation est avantageusement déterminé à partir de l'équation : J dzC dw Cestimé = Cmesure + mesuré k dt2 + J dt dans laquelle : Cmesuré représente le couple mesuré par le moyen de mesure du couple, en N.m ; J représente le moment d'inertie des moyens situés entre le moyen de mesure du couple et le volant en incluant le volant, en kg.m2 ; k représente la raideur du moyen de mesure du couple, en N.m/rad ; et w représente la vitesse angulaire du volant mesurée par un moyen de mesure de l'angle de rotation du volant, en rad/s. De préférence, le système comprend des moyens de comparaison de la valeur du couple appliqué par le conducteur sur le volant déterminé par les moyens d'estimation avec une valeur seuil prédéterminée. L'actionneur peut comprendre un moteur électrique. Le système comprend avantageusement des moyens de commande de l'alimentation du moteur électrique reliés aux moyens de comparaison. Dans un mode de réalisation, le moyen de mesure est disposé entre un actionneur de crémaillère et le volant. Cette disposition permet d'obtenir une estimation particulièrement précise du couple appliqué par le conducteur sur le volant. Toutefois, alternativement, le moyen de mesure peut être monté entre l'actionneur de crémaillère et le pignon agissant sur la crémaillère. L'invention concerne également un dispositif de détection du couple appliqué par le conducteur sur le volant d'un système de direction assistée comportant une colonne de direction solidaire en rotation du volant et pourvue d'un pignon agissant sur une crémaillère, 5 le dispositif comprenant un moyen de mesure du couple appliqué par le conducteur sur le volant et des moyens d'estimation dudit couple appliqué par le conducteur à partir de paramètres de fonctionnement de la colonne de direction comprenant le couple détecté par le moyen de mesure. L'invention concerne encore un procédé de gestion d'une direction assistée électrique de véhicule automobile du type comportant une colonne de direction solidaire en rotation d'un volant, dans lequel on estime un couple appliqué par le conducteur sur le volant à partir de paramètres de fonctionnement de la colonne de direction comprenant des mesures dudit couple au niveau de la colonne de direction. Dans un mode de mise en oeuvre, on estime le couple appliqué par le conducteur sur le volant lors d'une manoeuvre de stationnement. Avantageusement, on détecte la reprise en main du volant par le conducteur, lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un système de direction assistée électrique de véhicule automobile selon l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement un module d'estimation du couple appliqué par le conducteur sur le volant du système de la figure 1 ; et 6 - les figures 3 et 4 représentent l'évolution au cours du temps du couple appliqué par le conducteur sur le volant estimé par le module de la figure 2 et dudit couple mesuré par un capteur. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un système de direction assistée électrique de véhicule automobile, désigné par la référence numérique générale 10, adapté pour permettre une détection de l'intervention du conducteur, notamment lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique. On entend ici par � manoeuvre de stationnement semi-automatique �, une manoeuvre de stationnement dans laquelle le conducteur contrôle uniquement l'accélération et le freinage du véhicule, la rotation des roues étant automatique. Le système 10 comporte une colonne de direction 12 solidaire en rotation d'un volant 14 et dont l'extrémité inférieure est pourvue, de manière connue en soi, d'un ensemble pignon/crémaillère 16 apte à modifier l'orientation angulaire des roues directrices du véhicule en réponse à une rotation du volant. La colonne de direction comporte principalement un arbre de transmission 13 supportant le volant 14 et couplé en rotation à celui-ci, et une barre de torsion 15 couplée en rotation à l'arbre de transmission 13 et reliée à l'ensemble pignon/crémaillère. Afin de procurer une assistance au braquage des roues, le système 10 comporte un actionneur 18 muni d'un moteur électrique 20 et d'un réducteur 22 pour générer un couple d'assistance sur la colonne de direction 12. Pour permettre une détection du couple appliqué par le conducteur sur le volant 14, le système 10 comprend un capteur 24 de mesure de couple monté sur la barre de torsion 15 de la colonne de 7 direction 12. Le capteur 24 de mesure est monté ici entre l'actionneur 18 et le volant 14. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir une autre disposition pour le capteur 24, par exemple à proximité de l'ensemble pignon/crémaillère 16. Toutefois, le montage du capteur 24 dans la position illustrée sur la figure permet d'obtenir une meilleure fiabilité de détection de l'intervention du conducteur sur le volant 14. De manière connue en soi, le capteur 24 de mesure est apte à mesurer la déformation angulaire de la barre de torsion 15 de raideur k proportionnelle au couple appliqué sur le volant 14 par le conducteur. Les mesures du capteur 24 sont transmises à un module d'estimation 26, par l'intermédiaire d'une connexion 28. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, le module d'estimation 26 est prévu pour déterminer le couple réellement appliqué par le conducteur sur le volant 14, lors de certaines phases de fonctionnement du véhicule, par exemple lors de manoeuvres de stationnement semi-automatiques. Le système 10 comporte également un capteur 30 de mesure d'angle du volant 14 monté sur la barre de torsion 15 de la colonne de direction 12. Le capteur 30 est situé entre le capteur 24 de mesure de couple et l'actionneur 18. Le capteur 30 permet d'obtenir des mesures de l'angle a et de la vitesse angulaire w de rotation du volant 14. Les mesures de vitesse angulaire w du volant 14 sont transmises au module d'estimation 26, par l'intermédiaire d'une connexion 32. Le couple appliqué par le conducteur sur le volant 14 déterminé par le module 26 d'estimation est transmis, par l'intermédiaire d'une connexion 34, à un module 36 de commande du moteur 20 de l'actionneur 18. Le module 36 commande le fonctionnement du moteur 20 via une connexion 38. On va maintenant décrire, en se référant à la figure 2, les principaux moyens mises en oeuvre au sein du module d'estimation 26. Pour procéder à l'estimation du couple appliqué par le conducteur sur le volant 14, la colonne de direction 12 de la figure 1 est modélisée. Plus précisément, on modélise la barre de torsion du capteur 24 de mesure et l'ensemble des moyens situés entre ledit capteur et le volant 14 par l'équation suivante : d2(a +0) Cestimé = J +0 dt2 dans laquelle : Cestimé représente le couple effectivement appliqué sur le volant par le conducteur, en N.m ; J représente le moment d'inertie des moyens situés entre la barre de torsion du capteur 24 et le volant 14 en incluant ledit volant 14, en kg.m2 ; a représente l'angle du volant mesuré par le capteur 30, en rad ; 0 représente l'angle de déformation de la barre de torsion du capteur 24, en rad ; et k représente la raideur de la barre de torsion du capteur 24, en N.m/rad. Dans ce mode de réalisation, compte tenu de la disposition du capteur 24, le moment d'inertie J peut être assimilé au moment d'inertie du volant 14. Par ailleurs, on a également Cmesuré k0 , et da c0ù dt dans lesquels : Cmesuré représente le couple mesuré par le capteur 24, en N.m ; et w représente la vitesse angulaire du volant mesurée par le capteur 30, en rad/s. Ainsi, on obtient l'équation suivante : J dzCé dw Cestimé = Cmesuré +- k dt2 + J dt Cette équation permet la résolution ou estimation numérique du couple appliqué par le conducteur sur le volant 14. A cet égard, le module d'estimation 26 comprend notamment des premier et second dérivateurs 40, 42 et un amplificateur 44. Le premier dérivateur 40 reçoit en entrée, par l'intermédiaire d'une connexion 46, le couple Cmesuré appliqué par le conducteur sur le volant 14 et mesuré par le capteur 24. Le dérivateur 42 reçoit en entrée la sortie du dérivateur 40 par une connexion 48. L'amplificateur 44 reçoit quant à lui la sortie du dérivateur 42 par une connexion 50. Le module d'estimation 26 comprend également un troisième dérivateur 52 qui reçoit en entrée, par l'intermédiaire d'une connexion 54, la vitesse angulaire w du volant mesurée par le capteur 30. La sortie du dérivateur 52 est reçue en entrée d'un second amplificateur 56, par l'intermédiaire d'une connexion 58. L'amplificateur 56 a pour gain le moment d'inertie J, l'amplificateur 44 ayant pour gain le rapport k entre le moyen d'inertie et le coefficient de raideur de la barre de torsion du capteur 24. Un module d'addition 62 reçoit en entrée les sorties respectives des premier et second amplificateurs 44 et 56 par l'intermédiaire de connexions 64 et 66. Le module d'addition 62 reçoit également, via une connexion 68, le couple mesuré Cmesuré par le capteur 24. Le module d'addition 62 délivre en sortie le couple Cesti/né appliqué par le 10 conducteur sur le volant 14 et déterminé par le module d'estimation 26. En fonction de la valeur de couple Cestimé ainsi calculé et transmise, par l'intermédiaire de la connexion 34, au module de commande 36, il est déterminé s'il convient de continuer ou non à transmettre un couple d'assistance à la colonne de direction 12. A cet effet, il est prévu, au niveau du module 36 de commande, un moyen 70 de comparaison de la valeur du couple Cestimé déterminée par rapport à une valeur seuil préétablie. Dans le cas où le couple calculé Cestimé est supérieur à la valeur seuil, le module 36 commande l'arrêt de la transmission du couple d'assistance. En effet, lors de cette étape, s'il est détecté, que le couple calculé par le module 26 d'estimation est supérieur à la valeur seuil, on considère que le conducteur a repris en main le volant 14. Sur la figure 3, les courbes 80 et 82 montrent respectivement l'évolution du couple appliqué par le conducteur sur le volant mesuré par le capteur 24 (figure 1) et déterminé par le module 26 d'estimation lors d'une manoeuvre, par exemple lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique. L'amplitude du signal 82 obtenu à partir du module 26 d'estimation, représenté schématiquement par la flèche 84, est plus de trois fois inférieure à celle du signal obtenu par la mesure de couple réalisée par le capteur 24 et illustrée par la flèche 86. Sur la figure 4 sont représentées les courbes 80 et 82 lors d'une manoeuvre de stationnement manuelle du véhicule. Comme cela est clairement illustré, le couple calculé par le module 26 d'estimation est extrêmement proche du couple détecté par le capteur 24 de mesure. Ainsi, avec la modélisation des moyens disposés entre le volant 14 et le capteur 24 de mesure, les perturbations extérieures, par 11 exemple lors d'un choc transmis par les roues directrices, sont nettement filtrées lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique, alors que les sollicitations du conducteur sur le volant ne le sont que très faiblement lors d'une manoeuvre de stationnement manuelle. Dès lors, lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique, le risque d'assimilation d'une perturbation extérieure à une intervention du conducteur sur le volant 14 est sensiblement limité. I1 devient donc possible de diminuer la valeur du seuil de détection d'une reprise en main du volant 14 par le conducteur, ce qui permet d'obtenir une reprise en main dudit volant relativement douce. Dans l'exemple considéré, la détection de reprise en main du volant s'effectue lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique. Bien entendu, il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, de détecter une intervention du conducteur sur le volant dans d'autres conditions de fonctionnement du véhicule. En variante, il pourrait également être possible de modéliser les moyens situés entre le capteur 24 de mesure et le volant 14 en prenant en compte un coefficient de frottement en vue de l'estimation du couple appliqué par le conducteur sur le volant. REVENDICATIONS 1. Système de direction assistée électrique de véhicule automobile du type comportant une colonne de direction (12) solidaire en rotation d'un volant et pourvue d'un pignon agissant sur une crémaillère, le système comprenant un moyen (24) de mesure du couple appliqué par le conducteur sur le volant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'estimation (26) dudit couple appliqué par le conducteur à partir de paramètres de fonctionnement de la colonne de direction (12) comprenant le couple détecté par le moyen de mesure. 2. Système selon la revendication 1, comprenant un moyen (30) de mesure de l'angle de rotation du volant. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel les paramètres de fonctionnement de la colonne de direction (12) comprennent la vitesse angulaire du volant obtenue à partir de la mesure de l'angle de rotation dudit volant. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les paramètres de fonctionnement de la 20 colonne de direction (12) comprennent le moment d'inertie de moyens disposés entre le moyen de mesure (24) et le volant. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couple estimé par les moyens d'estimation (26) est déterminé à partir de l'équation : J dzCmesuré dcw Cestimé = Cmesuré + k dt2 + J dt dans laquelle : représente le couple mesuré par le moyen (24) de mesure du couple, en N.m ; 25 13 J représente le moment d'inertie des moyens situés entre le moyen (24) de mesure et le volant en incluant ledit volant, en kg.m2 ; k représente la raideur du moyen (24) de mesure du couple, en N.m/rad ; et w représente la vitesse angulaire du volant mesurée par un moyen (30) de mesure de l'angle de rotation du volant, en rad/s. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de comparaison de la valeur de la de couple appliqué par le conducteur sur le volant déterminé par les moyens d'estimation (26) avec une valeur seuil prédéterminée. 7. Système selon la revendication 6, comprenant un actionneur (18) de crémaillère pourvu d'un moteur électrique (20), et des moyens de commande (36) de l'alimentation du moteur électrique reliés aux moyens de comparaison. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans lequel le moyen (24) de mesure est disposé entre un actionneur (18) de crémaillère et le volant. 9. Dispositif de détection de couple appliqué par le conducteur sur le volant d'un système de direction assistée comprenant une colonne de direction (12) solidaire en rotation du volant et pourvue d'un pignon agissant sur une crémaillère, le dispositif comprenant un moyen (24) de mesure du couple appliqué par le conducteur sur le volant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'estimation (26) dudit couple appliqué par le conducteur à partir de paramètres de fonctionnement de la colonne de direction (12) comprenant le couple détecté par le moyen de mesure. 10. Procédé de gestion d'une direction assistée électrique de véhicule automobile du type comportant une colonne de direction solidaire en rotation d'un volant, caractérisé en ce que l'on estime un couple appliqué par le conducteur sur le volant à partir de paramètres14 de fonctionnement de la colonne de direction comprenant des mesures dudit couple au niveau de la colonne de direction. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on estime le couple appliqué par le conducteur sur le volant lors d'une manoeuvre 5 de stationnement. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel on détecte la reprise en main du volant par le conducteur lors d'une manoeuvre de stationnement semi-automatique.