Brevet FR2930507A1 — publié le 20091030

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule automobile du type système de direction de véhicule automobile � Steer by Wire �. Ce procédé et ce dispositif ont pour principale fonction de délivrer un retour des forces sur le volant de telle manière que le conducteur ressente l'état de la route tel que le changement d'adhérence, les roues en butées, etc... de la même manière qu'avec un système de direction de véhicule automobile de type mécanique. Dans le domaine de l'automobile, il est bien connu des systèmes de direction automobile de type mécanique c'est-à-dire incorporant un lien mécanique entre le volant et les roues du véhicule, le retour d'effort sur le volant étant donné par la géométrie du train avant du véhicule. Il est également bien connu d'utiliser une assistance électrique montée sur la colonne de direction afin de diminuer l'effort qui peut être difficile à supporter par le conducteur. Afin de limiter plus encore l'effort sur le volant, on connaît également des systèmes de direction du véhicule automobile du type � Steer by Wire �, c'est-à-dire un système de direction ne comportant pas de liens mécaniques entre le volant et les roues du véhicule, le train avant ne transmettant plus la sensation d'effort au conducteur. Ce type de système présente l'inconvénient de procurer un mauvais confort de conduite pour le conducteur. En effet, ce dernier ne ressent plus ni l'état de la route, ni les bruits parasites révélateurs d'une saturation du train avant par exemple. Afin de remédier à ces inconvénients, il est bien connu de faire appel à un dispositif de restitution d'effort au volant actif consistant par exemple en un motoréducteur. De tels systèmes sont décrits notamment dans la demande de brevet international WO 02/22397, la demande de brevet anglais GB 2392422, la demande de brevet français FR 2861044, les demandes de brevet américain US 2002/0070070 et US 2004/0144592, et les demandes de brevet européen EP 1 433 691 et EP 1 468 900. Tous ces procédées et dispositifs présentent néanmoins l'inconvénient d'être complexes et onéreux à mettre en oeuvre et de procurer une restitution d'effort présentent une faible corrélation avec l'état réel de la route. L'un des buts de l'invention est de remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule automobile de conception simple, peu onéreuse et procurant une restitution des efforts dans le volant correspondant à l'état réel de la route. A cet effet, et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule comportant une crémaillère, un système d'assistance électrique (6) situé à la crémaillère constitué d'au moins un réducteur, d'un actionneur d'assistance de direction et d'un calculateur de l'actionneur d'assistance de direction, et un système de démultiplication variable situé sur la colonne de direction du véhicule et comportant au moins une colonne de direction haute, un système de direction variable, un actionneur du système de réduction variable dit actionneur restituteur et un calculateur de l'actionneur du système de réduction variable ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de mesure de la vitesse du véhicule, de l'angle du volant et de la position de la crémaillère, de détermination de l'effort crémaillère en fonction de la vitesse du véhicule à partir d'un modèle de référence du véhicule, et de détermination de la consigne de position crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur en fonction de l'angle du volant et de l'effort crémaillère. La consigne de position crémaillère et la consigne d'effort de l'actionneur restituteur sont déterminés à partir d'un modèle de direction de référence. Ledit modèle de direction de référence comporte au moins une raideur de colonne et un amortisseur de colonne montés en parallèle, un rapport de réduction pignon crémaillère monté en série, une masse crémaillère, un frottement visqueux crémaillère et une courbure de loi d'assistance. Par ailleurs, le modèle de véhicule comporte des moyens de détermination de l'effort de crémaillère en fonction de la position crémaillère et de la vitesse du véhicule. De plus, ledit procédé comporte également une étape de détermination du courant de consigne de l'actionneur d'assistance de correction en fonction de la consigne crémaillère préalablement déterminée et de la mesure de la position crémaillère et une une étape de détermination du courant de consigne de l'actionneur du système de réduction variable de la démultiplication variable en fonction de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur préalablement déterminée et de la mesure de l'effort d'assistance. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule comportant une crémaillère, un système d'assistance électrique (6) situé à la crémaillère constitué d'au moins un réducteur, d'un actionneur d'assistance de direction et d'un calculateur de l'actionneur d'assistance de direction, et un système de démultiplication variable situé sur la colonne de direction du véhicule et comportant au moins une colonne de direction haute, un système de direction variable, un actionneur du système de réduction variable dit actionneur restituteur et un calculateur de l'actionneur du système de réduction variable ; ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte au moins des moyens de mesure de la vitesse du véhicule, de l'angle du volant et de la position de la crémaillère, des moyens de détermination de l'effort crémaillère en fonction de la vitesse du véhicule à partir d'un modèle de référence du véhicule, et des moyens de détermination de la consigne de position crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur en fonction de l'angle du volant et de l'effort crémaillère. Les moyens de détermination de la consigne de position crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur comportent au moins un modèle de direction de référence. Ledit modèle de direction de référence comporte au moins une raideur de colonne et un amortisseur de colonne montés en parallèle, un rapport de réduction pignon crémaillère monté en série, une masse crémaillère, un frottement visqueux crémaillère et une courbure de loi d'assistance. Par ailleurs, le modèle de véhicule comporte des moyens de détermination de l'effort de crémaillère en fonction de la position crémaillère et de la vitesse du véhicule. De plus, le dispositif suivant l'invention comporte des moyens de détermination du courant de consigne de l'actionneur d'assistance de correction en fonction de la consigne crémaillère préalablement déterminée et de la mesure de la position crémaillère et des moyens de détermination du courant de consigne de l'actionneur du système de réduction variable de la démultiplication variable en fonction de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur préalablement déterminée et de la mesure de l'effort d'assistance. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution données à titre d'exemples non limitatifs du procédé et du dispositif de commande d'un système de direction d'un véhicule automobile conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule automobile conforme à l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un modèle d'une direction hydraulique et d'un modèle de véhicule du système de direction suivant l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique du modèle de véhicule conforme à l'invention - la figure 4 est une représentation schématique du modèle de direction conforme à l'invention, - la figure 5 est une représentation schématique du moyen de détermination des consignes de pilotage des actionneurs du système de direction conforme à l'invention. En référence à la figure 1, le système de direction comporte des roues avant gauche la et droite 1 b, des portes fusées avant gauche 2a et avant droite 2b, des biellettes de direction gauche 3a et droite 3b, une crémaillère 4, un premier réducteur 5 et un système 6 d'assistance électrique située à la crémaillère 4. Le système 6 d'assistance électrique comporte un second réducteur 7, un actionneur 8 d'assistance de direction et un calculateur 9 dudit actionneur 8 d'assistance de direction. Le système de direction comporte, par ailleurs, une colonne de direction basse 10, une colonne de direction haute 11 en prise avec la colonne de direction basse 10 au moyen d'un système de démultiplication variable 12, la colonne de direction haute 11 portant un volant 13. Le système de démultiplication variable 12 est constitué d'un système de réduction variable 14, d'un actionneur 15 du système de réduction variable 14 et d'un calculateur 16 dudit actionneur 15 su système de réduction variable. On observera que les actionneurs pourront consister dans tout actionneur bien connu de l'homme du métier tel que des moteurs électriques synchrones, asynchrones, à courant continu, etc... Le système de direction suivant l'invention, comporte, par ailleurs, des capteurs, non représentés sur la figure 1, aptes à mesurer la vitesse du véhicule Vvéhicule, l'angle du volant Avolant, et la position crémaillère Xcrem• Lesdits capteurs pourront consister dans tout capteur bien connu de l'homme du métier. En référence à la figure 2, le système de direction suivant l'invention comporte des moyens de pilotage de l'assistance et de la position crémaillère dudit système de direction à partir d'un modèle de référence 17. Ce modèle de référence 17 permet de définir le phasage de l'effort au volant avec l'angle au volant à partir d'une colonne de direction et d'une crémaillère modélisée. Ce modèle intègre les paramètres de mise au point nécessaires et suffisants pour garantir un bon ressenti d'effort de direction. Le pilotage de l'effort d'assistance et la position crémaillère sont définis uniquement en fonction de l'angle volant et de la vitesse du véhicule. Ce pilotage est globalement unilatéral car la position crémaillère et l'effort résultant au volant sont définis uniquement par le conducteur.30 Ainsi, le modèle de référence 17 peut s'écrire sous la forme : Xcrem (S 1 ù J ``volant (S ), Vvéhicule \S // Cassis tan ce (S) = g (Avolant (s), Vvéhicule (S 11 dans laquelle X crem est est la position crémaillère, A volant est l'angle volant, Vvéhicule est la vitesse du véhicule et C assistance est la consigne d'effort que doit délivrer l'actionneur 15 dit restituteur du système de réduction variable 14. Plus précisément le modèle de référence est défini afin de déterminer la consigne de position crémaillère (X crémaillère-consigne) et la consigne d'effort que doit délivrer l'actionneur restituteur (C volant-consigne). Le modèle suivant l'invention définit les consignes de position crémaillère et les consignes d'effort que doit délivrer l'actionneur restituteur 15 en fonction de l'angle volant Avolant et de la vitesse du véhicule. Ainsi, le modèle peut également s'écrire sous la forme : [Cassistance(S)1 [Hii(s) H12 \Sl Avolant \Sl X crem (S) [H21(s) H22(S) Vvéhicule(S) dans laquelle les fonctions H ii sont définies à partir du modèle de référence 17 qui consiste en un modèle de direction hydraulique 18 couplé à un modèle de véhicule 19 tels que représentés sur la figure 2. Conformément à ce modèle de référence, la force exercée sur la crémaillère est déterminée par le modèle de véhicule 19 en fonction de la vitesse du véhicule qui est mesurée par tout moyen bien connu de l'Homme du Métier et le modèle de direction 18 donne, à partir de l'angle volant et la force exercée par la crémaillère, la consigne en position à la crémaillère et l'effort d'assistance à appliquer par le système 12 est à la réduction près directement celui donnée en consigne par Cvolant-consigne. En référence à la figure 3, le modèle de véhicule 19 comporte des moyens de calcul des dérivées des roues avant et arrière 20, des moyens de calcul de la force latérale appliquée sur les roues avant et arrière 21 à partir d'une part de la vitesse du véhicule déterminée par des moyens de mesure de ladite vitesse 22 et d'autre part des équations de la dynamique 23, et des moyens de détermination de la force exercée sur la crémaillère FCfem 24 à partir des valeurs de la force latérale appliquée sur les roues avant et arrière. De cette manière, l'effort crémaillère FCfem est déterminé en fonction de la vitesse du véhicule et de la position crémaillère, ladite vitesse du véhicule et la position crémaillère étant mesurés par des capteurs appropriés non représentés sur les figures. Par ailleurs, en référence à la figure 4, le modèle de direction 18 consiste de préférence dans un modèle de direction de référence comportant une raideur de colonne 25 et un amortisseur de colonne 26 montés en parallèle, un rapport de réduction pignon crémaillère 27 monté en série, une masse crémaillère 28, un frottement visqueux crémaillère 29 et une courbure de loi d'assistance 30. De cette manière, l'effort au volant est calculé à partir de la torsion de la colonne de direction entre la crémaillère 4 et le volant 13 suivant l'équation : Cvolant R(Avo/ant ù Rpc'Xcrem )+ A.S.(Avolant ù Rpe.Xcrem ) De plus la loi d'assistance est une fonction de l'effort au volant qui s'écrit sous la forme suivante : Cassis tan ce (S ) = f \Cvolant / Cass '`Cvolant )3 Et l'effort crémaillère est déterminé par le modèle de véhicule 19 décrit précédemment, ce qui s'écrit donc sous la forme : rem (s) = f \Xcrem (S), Vvéhicule (s� En appliquant le Principe Fondamental de la Dynamique au système Crémaillère on obtient l'équation suivante : m .s 2 'Xcrem Cvolant (S) + Cassis tan ce (S) ù Fcrem (S) ù Fvc crem Ce modèle de référence permet ainsi à partir de l'équation précédente de déterminer les consignes de pilotage des actionneurs du système de direction. En référence à la figure 5, la commande des 2 actionneurs est réalisée via un correcteur proportionnel intégral à partir des consignes en démultiplication XCfem et en effort d'assistance Cassistance et des mesures associées. Ainsi la consigne Idémul, c'est-à-dire le courant de consigne du premier actionneur du système de démultiplication, est déterminée au moyen d'un correcteur proportionnel intégral à partir du terme suivant : 1 P (( \X crem ûX Xcrem _ mesure l ) + ( \~crem ù Xcrem _ mesure l / s à partir des consignes de démultiplication Xcrem et de la mesure du déplacement de la crémaillère obtenu par les capteurs. De plus la consigne 'assistance correspondant au courant de consigne du deuxième actionneur du système d'assistance est déterminée au moyen d'un correcteur proportionnel intégral à partir de l'équation suivante : 1 P' )+ù'(Cassis l ' ( \Cassis tance ù Cassis tance mesure tance ù Cassis tance mesure ) s à partir des consignes en effort d'assistance Cassistance et de la mesure associée déterminées par les capteurs du système de direction. Il est bien évident que le dispositif suivant l'invention pourra avantageusement comprendre des moyens de réjection de perturbation ainsi que des moyens de traitement des signaux mesurés par les capteurs afin de garantir un niveau de sécurité suffisant des commandes. Enfin il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatifs quant aux domaines d'application de l'invention.20 REVENDICATIONS1 - Procédé de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule comportant une crémaillère (4), un système d'assistance électrique (6) situé à la crémaillère (4) constitué d'au moins un réducteur (7), d'un actionneur (8) d'assistance de direction et d'un calculateur (9) de l'actionneur (8) d'assistance de direction, et un système de démultiplication variable (12) situé sur la colonne de direction (10,11) du véhicule et comportant au moins une colonne de direction haute (11), un système de direction variable (12), un actionneur (15) du système de réduction variable (12) dit actionneur restituteur (15) et un calculateur (16) de l'actionneur (15) du système de réduction variable, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : o mesure de la vitesse du véhicule, de l'angle du volant et de la position de la crémaillère, o détermination de l'effort crémaillère en fonction de la vitesse du véhicule à partir d'un modèle de référence du véhicule (19), o détermination de la consigne de position crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur en fonction de l'angle du volant et de l'effort crémaillère. 2 - Procédé suivant la revendication précédente caractérisé en ce que la consigne de position crémaillère et la consigne d'effort de l'actionneur restituteur sont déterminés à partir d'un modèle de direction de référence (18). 3 - Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le modèle de direction de référence (18) comporte au moins une raideur de colonne (25) et un amortisseur de colonne (26) montés en parallèle, un rapport de réduction pignon crémaillère (27) monté en série, une masse crémaillère (28), un frottement visqueux crémaillère (29) et une courbure de loi d'assistance (30).30Io 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le modèle de véhicule (19) comporte des moyens de détermination de l'effort de crémaillère (20,21,22,23,24) en fonction de la position crémaillère et de la vitesse du véhicule. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du courant de consigne de l'actionneur d'assistance de correction en fonction de la consigne crémaillère préalablement déterminée et de la mesure de la position crémaillère. Io 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du courant de consigne de l'actionneur du système de réduction variable de la démultiplication variable en fonction de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur préalablement déterminée 15 et de la mesure de l'effort d'assistance. 7 - Dispositif de commande d'un système de direction électrique à démultiplication variable d'un véhicule comportant une crémaillère (4), un système d'assistance électrique (6) situé à la crémaillère (4) constitué d'au moins un réducteur 20 (7), d'un actionneur (8) d'assistance de direction et d'un calculateur (9) de l'actionneur (8) d'assistance de direction, et un système de démultiplication variable (12) situé sur la colonne de direction (10,11) du véhicule et comportant au moins une colonne de direction haute (11), un système de direction variable (12), un actionneur (15) du système de réduction variable (12) dit actionneur restituteur (15) et un 25 calculateur (16) de l'actionneur (15) du système de réduction variable, caractérisé en ce qu'il comporte au moins des moyens de mesure de la vitesse du véhicule, de l'angle du volant et de la position de la crémaillère, des moyens de détermination de l'effort crémaillère en fonction de la vitesse du véhicule à partir d'un modèle de référence du véhicule, et des moyens de détermination de la consigne de position 30 crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur en fonction de l'angle du volant et de l'effort crémaillère. 5 2930507 Il 8 - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de détermination de la consigne de position crémaillère et de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur comportent au moins un modèle de direction de référence 5 (18). 9 - Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le modèle de direction de référence comporte au moins une raideur de colonne (25) et un amortisseur de colonne (26) montés en parallèle, un rapport de réduction pignon crémaillère (27) monté en série, une masse crémaillère (28), un frottement visqueux crémaillère (29) et une courbure de loi d'assistance (30). 10 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que le modèle de véhicule (19) comporte des moyens de détermination de l'effort de crémaillère (20,21,22,23,24) en fonction de la position crémaillère et de la vitesse du véhicule. 11 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination du courant de consigne de l'actionneur d'assistance de correction en fonction de la consigne crémaillère préalablement déterminée et de la mesure de la position crémaillère. 12 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination du courant de consigne de l'actionneur du système de réduction variable de la démultiplication variable en fonction de la consigne d'effort de l'actionneur restituteur préalablement déterminée et de la mesure de l'effort d'assistance.