Brevet FR2929579A1 — publié le 20091009

DISPOSITIF DE COMMANDE DE DIRECTION A ASSISTANCE ELECTRIQUE CONTEXTE DE L'INVENTION 5 Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de direction à assistance électrique et, plus particulièrement, un dispositif de commande approprié 10 pour commander un moteur du système de direction à assistance électrique sans détecter directement un courant du moteur. Description de l'art connexe 15 On connaît un système de direction à assistance électrique classique qui commande un moteur tout en effectuant une commande à rétroaction de sorte qu'un courant cible de moteur calculé sur la base d'un signal de couple de braquage envoyé par un capteur de couple 20 coïncide avec une valeur mesurée d'un courant du moteur (par exemple, JP 2001-206232 A). On connaît également un autre système de direction à assistance électrique classique qui commande un moteur sur la base d'un signal de détection d'une 25 vitesse de braquage et d'un signal de couple de braquage sans mesurer un courant du moteur (par exemple, JP 61-169368 A). On connaît également encore un autre système de direction à assistance électrique classique qui 30 commande un moteur tout en effectuant une commande à rétroaction d'une valeur estimée d'un courant du moteur sur la base d'un signal de couple de braquage sans mesurer le courant du moteur (par exemple, JP 3714843 A). Les systèmes de direction à assistance électrique, qui ont commencé à être utilisés en pratique en tant que système direction assistée pour des véhicules automobiles légers, ont récemment été appliqués en outre à des véhicules automobiles ordinaires avec des poids de véhicule importants, et des tentatives pour augmenter le courant et la puissance des moteurs de ces systèmes de direction à assistance électrique sont en cours. Dans ce contexte, afin de détecter le courant du moteur en utilisant une résistance peu coûteuse et d'effectuer une commande à rétroaction comme dans le cas de l'art connexe présenté dans le document JP 2001 -206232A, un circuit d'interface pour appliquer à un micro-ordinateur un signal détecté en utilisant la résistance est nécessaire en plus d'un élément de cette résistance. Par conséquent, il y a un problème en ce que la surface d'un substrat d'un dispositif de commande doit être augmentée de manière à monter le circuit d'interface et l'élément de la résistance. En outre, cette résistance génère une grande quantité de chaleur et, ainsi, un dissipateur de chaleur monté sur le dispositif de commande pour évacuer cette chaleur doit être agrandi. En conséquence, il y a un autre problème en ce qu'un agrandissement du dispositif et une augmentation des coûts sont encourus. De plus, il y a encore un autre problème en ce qu'une perte de puissance par cette résistance entrave la tentative d'augmentation de la puissance du moteur lorsque le courant du moteur est détecté en utilisant la résistance comme décrit ci-dessus. D'autre part, en vue de supprimer la génération de chaleur, la perte de puissance, et l'agrandissement du dispositif résultant de la résistance pour détecter le courant du moteur, il est concevable de commander le courant du moteur sans effectuer la détection de celui-ci. Par exemple, le document JP 61-169368A présente un procédé dans lequel une force contre-électromotrice du moteur est compensée sur la base d'un signal de détection de vitesse de braquage pour commander le courant du moteur en boucle ouverte. En outre, le document JP 3714843 A présente un procédé dans lequel le courant du moteur, qui est estimé à partir d'une tension de commande du moteur, est soumis à une commande à rétroaction. En général, les influences de la dispersion de la résistance des enroulements d'un moteur et des caractéristiques en température de celui-ci peuvent être supprimées si un courant du moteur est détecté et soumis à une commande à rétroaction. Cependant, lorsque le courant du moteur n'est pas détecté comme dans les cas de ces systèmes classiques, le couple du moteur varie en conséquence d'une probabilité de variations du courant du moteur et, ainsi, le couple de braquage d'un conducteur est influencé. Dans ces systèmes classiques, une perturbation de la tension du moteur telle qu'un bruit ou similaire est également davantage susceptible de conduire à une fluctuation du courant du moteur que dans les cas où le courant du moteur est détecté. En conséquence, les influences de vibrations, d'un bruit, et similaire ne sont pas négligeables. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, et c'est par conséquent un objet de la présente invention de proposer un dispositif de commande de direction à assistance électrique capable de réduire suffisamment les influences d'une fluctuation du couple d'un moteur et d'une perturbation du moteur sur un conducteur en dépit de la fonction de commande du moteur sans détection directe d'un courant du moteur. Dans un dispositif de commande de direction à assistance électrique équipé d'un capteur de couple pour détecter un couple de braquage du système de braquage et d'un moteur pour générer un couple pour assister le couple de braquage, le dispositif de commande de direction à assistance électrique de la présente invention comprend des moyens de calcul de couple cible de moteur pour calculer un couple du moteur en réponse à un signal de couple de braquage provenant du capteur de couple et des moyens de calcul de tension appliquée au moteur pour calculer une tension appliquée au moteur en réponse à un signal de couple cible de moteur provenant des moyens de calcul de couple cible de moteur. Dans le dispositif de commande de direction à assistance électrique, les moyens de calcul de couple cible de moteur génèrent le signal de couple cible de moteur indiquant un couple cible de moteur dont le rapport avec un couple de braquage indiqué par le signal de couple de braquage est fixé de sorte qu'une influence d'une fluctuation de couple du moteur sur un conducteur devienne égale ou inférieure à une valeur prédéterminée. Avantageusement, la valeur prédéterminée peut être fixée égale ou inférieure à 0,5 Nm en termes d'un couple sur un arbre de direction du système de braquage. Le capteur de couple peut avoir une largeur d'hystérésis égale ou inférieure à la valeur prédéterminée. Le capteur de couple peut avoir une largeur d'hystérésis égale ou inférieure à une largeur de fluctuation de couple à un instant où le moteur délivre un couple maximum. Avantageusement, les moyens de calcul de tension appliquée au moteur calculent la tension appliquée au moteur par l'intermédiaire d'une commande en boucle ouverte d'un courant du moteur en réponse au signal de couple cible de moteur. Avantageusement, le dispositif de commande de direction à assistance électrique de l'invention comprend en outre des moyens d'estimation de courant de moteur pour estimer un courant du moteur, dans lequel les moyens de calcul de tension appliquée au moteur calculent la tension appliquée au moteur par l'intermédiaire d'une commande à rétroaction du courant du moteur en réponse à une différence entre une valeur indiquée par un signal de valeur estimée de courant de moteur provenant des moyens d'estimation de courant de moteur et une valeur indiquée par le signal de couple cible de moteur. La présente invention permet de proposer un dispositif de commande de direction à assistance électrique capable de réduire suffisamment les influences d'une fluctuation du couple d'un moteur et d'une perturbation du moteur sur un conducteur en dépit de problèmes tels que la génération de chaleur et similaire et la fonction de commande du moteur sans détection directe d'un courant du moteur. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Sur les dessins joints : la figure 1 est une vue montrant un dispositif de commande de direction à assistance électrique selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est un schéma fonctionnel pour expliquer la commande du dispositif de commande de direction à assistance électrique selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 3 est une vue pour expliquer une relation entre un couple de braquage et un couple de moteur dans le dispositif de commande de direction à assistance électrique selon le premier mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue montrant la construction d'un dispositif de commande de direction à assistance électrique selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Un volant, un arbre de direction, les roues avant d'un véhicule, un capteur de couple pour détecter un couple de braquage d'un conducteur, et un moteur sont respectivement référencés 1, 2, 3, 4 et 5. Un engrenage pour transmettre un couple du moteur 5 à l'arbre de direction 2, et un contrôleur auquel le capteur de couple 4 est connecté pour commander et contrôler le moteur 5 sont respectivement référencés 6 et 7. Une batterie pour alimenter le moteur 5 par l'intermédiaire du contrôleur 7 est référencée 8. Le couple de braquage du conducteur, un couple de sortie du moteur 5 et un couple de charge transmis par les roues avant 3 au moteur 5 et au conducteur sont respectivement référencés TH, TM et TL, en termes de couples sur l'arbre de direction 2, respectivement. La figure 2 est un schéma fonctionnel pour expliquer une opération effectuée à l'intérieur du contrôleur 7. Une unité de calcul de couple cible de moteur pour calculer un signal de couple cible de moteur TM TGT indiquant une valeur cible d'un couple de sortie du moteur 5 en réponse à un signal de couple de braquage TH DET provenant du capteur de couple 4 en tant que signal indiquant un couple de braquage du conducteur est référencée 21. Une unité de détection de vitesse de rotation de moteur pour détecter une vitesse de rotation du moteur 5 est référencée 22. Une unité de calcul de tension appliquée au moteur pour calculer une tension appliquée au moteur VM indiquant une tension appliquée au moteur 5 en réponse au signal de couple cible de moteur TM TGT provenant de l'unité de calcul de couple cible de moteur 21 et à un signal de vitesse de rotation de moteur VE DET provenant de l'unité de détection de vitesse de rotation de moteur 22 de manière à commander le moteur 5 est référencée 23. La figure 3 est une vue pour expliquer le fonctionnement de l'unité de calcul de couple cible de moteur 21 selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Des cartes d'assistance représentant chacune une relation statique entre un signal TH CMP obtenu en soumettant le signal de couple de braquage TH DET à une compensation d'avance de phase décrite ultérieurement et le signal de couple cible de moteur TM TGT sont référencées 31 et 32. D'autre part, une ligne dite de charge est référencée 33. Cette ligne de charge 33 est obtenue en substituant TM TGT à TM et TH CMP à TH dans une expression (1) d'équilibre entre le couple de sortie TM du moteur 5, le couple de charge TL et le couple de braquage TH du conducteur. Ensuite, un fonctionnement est décrit. Tout d'abord, l'unité de calcul de couple cible de moteur 21 calcule un couple cible du moteur 5. Un couple de braquage du conducteur détecté par le capteur de couple 4 est appliqué en tant que signal de couple de braquage TH DET et soumis à une compensation d'avance de phase selon une expression (2), par exemple. - Dans cette expression (2), TH CMP indique un signal de couple de braquage soumis à une compensation d'avance de phase, tif et i2 indiquent des constantes, et s indique un opérateur de Laplace. Ainsi, une phase dans le voisinage d'une fréquence de croisement dans une boucle comprenant le capteur de couple 4, le moteur 5 et le contrôleur 7 est avancée. En conséquence, un fonctionnement stable est effectué sans provoquer d'oscillations. Le signal de couple cible de moteur TM TGT est ensuite calculé à partir du signal de couple de braquage TH CMP soumis à une compensation d'avance de phase, qui est obtenue en utilisant l'expression (2), selon la caractéristique de la figure 3. Une description détaillée de la figure 3 est donnée maintenant. Lorsqu'une caractéristique statique de l'unité de calcul de couple cible de moteur 21 est représentée par la carte d'assistance 31, un point d'intersection entre la ligne de charge 33 et la carte d'assistance 31 représente un point de fonctionnement du moteur 5. Etant donné qu'une fluctuation du couple du moteur 5 résultant de divers facteurs est indiquée par ATM, l'influence exercée sur le couple de braquage TH peut être lue à partir du couple de braquage qui a fluctué de la valeur ATM mentionnée ci-dessus autour du point de fonctionnement sur la carte d'assistance 31, et est indiquée par ATH1. Lorsque le gradient de la carte d'assistance 31 est augmenté pour obtenir, par exemple, la carte d'assistance 32, l'influence de la fluctuation du couple du moteur 5 sur le couple de braquage diminue. Dans ce cas, une fluctuation du couple de braquage de la même valeur ATM que mentionnée ci-dessus est indiquée par ATH2. La fluctuation de couple ATM peut être estimée à l'avance à partir de la caractéristique du moteur 5. Lorsque deux spécifications, à savoir, une largeur de cette fluctuation de couple et une largeur d'une fluctuation admissible du couple de braquage sont déterminées, une relation entre TM TGT et TH CMP peut être déterminée selon le procédé susmentionné. En général, la fluctuation de couple ATM augmente alors que le couple du moteur augmente. Par conséquent, en vue de réduire l'influence de cette fluctuation de couple ATM sur le couple de braquage TH à un degré tel que le conducteur ne soit pas sérieusement influencé comme décrit ci-dessus, le gradient de la relation entre TM TGT et TH CMP augmente avec les augmentations de TH CMP. Afin de fixer l'influence sensiblement constante indépendamment de l'amplitude de TH CMP, les courbes des cartes d'assistance 31 et 32 montrées sur la figure 3 sont obtenues. Lorsque l'hystérésis du capteur de couple 4 n'est pas négligeable dans ce cas, une valeur de l'hystérésis du capteur de couple 4 en termes d'un couple sur l'arbre de direction 2 est ajoutée aux fluctuations ATH1 et ATH2. Par conséquent, en utilisant un capteur de couple avec une faible hystérésis, l'influence de l'hystérésis peut être réduite. Lors de la détermination d'une carte d'assistance, l'hystérésis est prise en compte pour permettre de réduire suffisamment l'influence sur le conducteur en dépit de l'hystérésis. C'est-à-dire que, si la fluctuation de couple ATM peut être détectée par le capteur de couple 4, le moteur peut être commandé conformément au couple de braquage comprenant cette fluctuation de couple ATH. Afin de détecter et de commander la fluctuation de couple ATM, l'hystérésis du capteur de couple 4 doit être égale ou inférieure à la fluctuation de couple ATH. En fixant ainsi l'hystérésis du capteur de couple 4, l'influence de la fluctuation de couple ATH du moteur sur le conducteur peut être réduite davantage. Un procédé de détermination d'une carte d'assistance est décrit en citant un exemple concret. Dans ce cas, la fluctuation du couple de braquage résultant de la fluctuation de couple ATM du moteur est autorisée à prendre une valeur pouvant atteindre 0,5 Nm, qui est connue empiriquement pour avoir une influence suffisamment faible sur le conducteur, et un capteur avec une largeur d'hystérésis de 0,3 Nm est utilisé. Lorsque la fluctuation du couple de braquage est de 0,5 Nm, la fluctuation de sortie ATH du capteur de couple susmentionné est obtenue selon une expression (3) . ATH ... .. i 3 Np- Lorsque le gradient de la carte d'assistance est fixé selon une expression (4) dans le cas où la valeur de la fluctuation de couple de sortie du moteur 5 en termes d'un couple sur l'arbre de direction 2 est de 1 Nm au point de fonctionnement de la carte d'assistance, la fluctuation du couple de braquage est dans une plage admissible. (ATM/ATH : gradient de la carte d'assistance) Ainsi, les influences de la fluctuation de couple du moteur et de la perturbation du moteur sur le 30 conducteur peuvent être suffisamment réduites. De cette manière, la caractéristique de l'unité de calcul de couple cible de moteur 21 peut être déterminée. Il conviendrait de noter ici que le moteur 5 est un moteur à courant continu. Le couple de sortie du moteur 5 est proportionnel au courant de celui-ci. Ainsi, l'unité de calcul de tension appliquée au moteur 23 effectue une commande en boucle ouverte du courant du moteur de manière à amener le courant du moteur correspondant au couple cible de moteur TM TGT à circuler à travers le moteur. Dans ce cas, une force contre-électromotrice du moteur 5 est calculée sur la base de la vitesse de rotation de moteur détectée par l'unité de détection de vitesse de rotation de moteur 22. Comme dans le cas de l'art connexe, la tension appliquée au moteur VM est calculée à partir du couple cible de moteur et de la force contre-électromotrice du moteur de manière à commander le moteur 5. Il conviendrait de noter ici que, en ce qui concerne une force d'assistance statique du système de direction assistée, un courant du moteur à l'instant où la force contre-électromotrice est de 0 V est important et est déterminé principalement par une tension appliquée et une résistance d'induit. Cependant, dans la commande de courant susmentionnée, le courant du moteur est influencé par la dispersion de la résistance d'induit et les caractéristiques en température, et le couple de sortie du moteur varie en conséquence. Cependant, si cette variation du couple de sortie du moteur est estimée à l'avance et qu'une carte d'assistance est déterminée comme dans le cas de l'unité de calcul de couple cible de moteur selon le premier mode de réalisation de la présente invention, l'influence sur le couple de braquage peut être réduite à une valeur égale ou inférieure à une valeur prédéterminée. Bien entendu, une carte d'assistance peut être déterminée en prenant en compte en plus une fluctuation du courant du moteur qui est supposée être provoquée par une perturbation de la tension appliquée VM. Comme décrit ci-dessus, le dispositif de commande de direction à assistance électrique selon le premier mode de réalisation de la présente invention peut supprimer l'influence d'une fluctuation du couple du moteur sur un couple de braquage même lorsqu'un courant du moteur n'est pas détecté et ne doit pas être soumis à une commande à rétroaction. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un capteur de courant. Par conséquent, dans le cas où le capteur de courant n'est pas prévu, la taille d'un circuit peut être réduite des tailles d'une résistance pour la détection de courant et d'un circuit d'interface pour la résistance, et la génération de chaleur peut être supprimée. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'agrandir un dissipateur de chaleur prévu dans le dispositif de commande, et la taille et le coût du dispositif de commande peuvent être réduits. De plus, il n'y a pas de perte de puissance résultant de la résistance pour la détection de courant et, ainsi, un effet permettant d'améliorer le rendement du moteur est également obtenu. Il va sans dire que l'établissement de la carte d'assistance dans la présente invention a pour effet de supprimer une fluctuation d'un couple de braquage résultant d'une fluctuation du couple du moteur et d'une perturbation du moteur même lorsque la présente invention est appliquée à un cas où un capteur de courant est prévu pour effectuer une commande à rétroaction du courant d'un moteur. Dans le premier mode de réalisation de la présente invention, chacune des cartes d'assistance est une courbe. Cependant, le gradient d'une carte d'assistance peut être déterminé pour une valeur estimée maximum de la fluctuation de couple ATM. Dans ce cas, la carte d'assistance peut être une droite. Deuxième mode de réalisation Dans le premier mode de réalisation qui précède de la présente invention, le premier mode de réalisation est équipé de l'unité de détection de vitesse de rotation de moteur 22 pour obtenir la force contre-électromotrice du moteur. Cependant, la force contre- électromotrice est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Par conséquent, dans le cas où le moteur est équipé d'un capteur pour détecter un angle d'un rotor comme dans le cas d'un moteur sans balai ou similaire, la commande du courant peut être effectuée en utilisant une valeur différentielle de l'angle du rotor. Dans le cas où le moteur est équipé d'un capteur d'angle de braquage, un effet sensiblement équivalent est obtenu même en utilisant une valeur différentielle d'un angle de braquage détecté par le capteur d'angle de braquage. Dans ce cas, l'unité de détection de vitesse de rotation de moteur 22 n'est pas nécessaire. Ces dernières années, les automobiles avec des poids de véhicule importants auxquelles un nombre croissant de systèmes de direction à assistance électrique ont été appliqués sont souvent équipées de capteurs d'angle de braquage pour la commande du comportement du véhicule en tant qu'équipement standard. De plus, un moteur sans balai, qui est plus approprié qu'un moteur à balais en tant que moteur de grande puissance nécessaire pour un système de direction à assistance électrique pour une automobile avec un poids de véhicule important, est souvent équipé d'un capteur pour détecter un angle d'un rotor du moteur. Dans un tel cas, lorsque la commande est effectuée en utilisant un angle de braquage ou un signal d'angle de rotor sans prévoir d'unité pour détecter un courant du moteur ou une vitesse de rotation du moteur comme dans le cas de ce deuxième mode de réalisation de la présente invention, le coût du dispositif peut être réduit du fait de la possibilité d'omettre l'unité de détection de vitesse de rotation de moteur. Troisième mode de réalisation Dans le premier mode de réalisation qui précède de la présente invention, le courant du moteur est commandé en boucle ouverte. Cependant, le courant du moteur peut être estimé par une unité d'estimation de courant de moteur et soumis à une commande à rétroaction comme dans le cas du document JP 3714843A. Dans ce cas également, le courant du moteur est davantage susceptible de fluctuer que dans le cas où le courant du moteur est détecté et, ainsi, le dispositif selon le troisième mode de réalisation de la présente invention fonctionne efficacement. Dans ce cas également, comme dans le cas du premier mode de réalisation qui précède de la présente invention, la taille d'un circuit peut être réduite des tailles d'une résistance pour la détection de courant et d'un circuit d'interface pour la résistance, et la génération de chaleur peut être supprimée, en plus d'un effet permettant la suppression de l'influence d'une fluctuation du couple du moteur sur un couple de braquage. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'agrandir un dissipateur de chaleur prévu dans le dispositif de commande, et la taille et le coût du dispositif de commande peuvent être réduits. En outre, il n'y a pas de perte de puissance résultant de la résistance pour la détection de courant et, ainsi, un effet permettant d'améliorer le rendement du moteur est également obtenu. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de direction à assistance électrique pour un système de direction à assistance électrique équipé d'un capteur de couple (4) pour détecter un couple de braquage du système de braquage et d'un moteur (5) pour générer un couple pour assister le couple de braquage, le dispositif de commande de direction à assistance électrique comprenant : des moyens de calcul de couple cible de moteur (21) pour calculer un couple du moteur en réponse à un signal de couple de braquage provenant du capteur de couple ; et des moyens de calcul de tension appliquée au moteur (23) pour calculer une tension appliquée au moteur en réponse à un signal de couple cible de moteur provenant des moyens de calcul de couple cible de moteur, caractérisé en ce que les moyens de calcul de couple cible de moteur (21) génèrent le signal de couple cible de moteur indiquant un couple cible de moteur dont le rapport avec un couple de braquage indiqué par le signal de couple de braquage est fixé de sorte qu'une influence d'une fluctuation de couple du moteur sur un conducteur devienne égale ou inférieure à une valeur prédéterminée. 2. Dispositif de commande direction à assistance 30 électrique selon la revendication 1, dans lequel la valeur prédéterminée est fixée égale ou inférieure à0, 5 Nm en termes d'un couple sur un arbre de direction du système de braquage. 3. Dispositif de commande de direction à assistance électrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capteur de couple a une largeur d'hystérésis égale ou inférieure à la valeur prédéterminée. 4. Dispositif de commande de direction à assistance électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur de couple a une largeur d'hystérésis égale ou inférieure à une largeur de fluctuation de couple à un instant où le moteur délivre un couple maximum. 5. Dispositif de commande de direction à assistance électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de calcul de tension appliquée au moteur (23) calculent la tension appliquée au moteur par l'intermédiaire d'une commande en boucle ouverte d'un courant du moteur en réponse au signal de couple cible de moteur. 6. Dispositif de commande de direction à assistance électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre des moyens d'estimation de courant de moteur pour estimer un courant du moteur, dans lequel les moyens de calcul de tension appliquée au moteur (23) calculent la tension appliquée au moteurpar l'intermédiaire d'une commande à rétroaction du courant du moteur en réponse à une différence entre une valeur indiquée par un signal de valeur estimée de courant de moteur provenant des moyens d'estimation de courant de moteur et une valeur indiquée par le signal de couple cible de moteur.