Brevet FR2928126A1 — publié le 20090904

SYSTEME DE DIRECTION A COMMANDE ELECTRONIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un système de direction à commande électronique, également appelé système de direction � by wire � ou � steer by wire �, la commande de direction du véhicule étant obtenue uniquement au moyen d'une unité de commande pour transmettre les données entre un capteur de la volonté du conducteur et les roues, et non par une liaison mécanique. On connaît par exemple des documents FR 2 745 256 et EP 1 122 150 des systèmes de type � steer by wire �. Ces systèmes offrent de nombreux avantages, dont l'un des principaux est la suppression de la colonne de direction, qui est responsable dans le cas de système de direction classiques de blessures graves lors d'un choc frontal, par remontée de celle-ci dans l'habitacle. En outre, ces systèmes permettent de supprimer les vibrations remontant le long de la colonne de direction, et de faire varier le rapport de démultiplication angle au volant/ angle de braquage, ce qui a pour effet d'améliorer le confort de conduite. Ces systèmes comportent notamment une unité de commande électronique recevant les informations de la volonté du conducteur et transformant ces informations en ordre de commande d'un actionneur apte à contrôler l'angle de braquage des roues. Cependant les documents cités ci-dessus ne décrivent pas l'architecture particulière de l'unité de commande, notamment la manière dont est traitée l'information provenant du volant pour générer un ordre de commande de l'actionneur. Le document US 6 176 341 décrit également un système de direction à commande électronique et fournit de détails sur l'architecture de l'unité de commande électronique. Le système comporte un sous- système dédié au volant détectant l'angle au volant et transmettant cette information à deux sous-systèmes dédiés chacun à une roue gauche et droite d'un train de roues. Les sous-systèmes dédiés à la commande des roues mettent en oeuvre un correcteur proportionnel associé à un filtre. Ce système présente l'avantage d'être dynamique en offrant un temps de réponse réduit, cependant ce système n'assure une erreur statique nulle en régime permanent. Le document EP 1 433 691 décrit un système de direction du type � steer by wire � dans lequel les deux roues sont actionnées par un actionneur unique. Ce système comporte un correcteur proportionnel intégral associé à un filtre. Ce système permet d'assurer une stabilité en régime permanent, cependant il ne permet pas d'éviter une mise en résonance du train de roue. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un système de direction à commande électronique offrant à la fois un temps de réponse réduit, une erreur statique nulle, et évitant la mise en résonance du train de roues. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but énoncé ci-dessus est atteint par un système de direction de type � steer by wire � comportant un correcteur de type proportionnel intégral associé à un filtre passe-bas et un correcteur proportionnel du type à gain statique formant une boucle de vitesse. Ce système permet d'assurer une grande réactivité du système tout en maintenant sa stabilité, et évitant, grâce à la mise en oeuvre de la boucle de vitesse, la mise en résonance du train de roues. La présente invention a alors principalement pour objet un système de direction asservi électronique pour véhicule automobile comportant : - des moyens de mesure de la volonté d'un conducteur, ladite volonté étant exprimée à travers une interface, - des moyens de calcul d'au moins un couple de consigne de réaction à appliquer à ladite interface afin de générer une réaction, - des moyens de calcul d'au moins un angle de consigne de braquage à partir de la volonté du conducteur, - des moyens pour mesurer l'angle effectif de braquage d'au moins une roue, - des moyens pour générer au moins un couple de consigne de braquage à au moins un actionneur apte à orienter une roue à partir de l'angle de braquage effectif mesuré et de l'angle de consigne de braquage calculé, 3 dans lequel les moyens pour générer au moins un couple de consigne de braquage comportent un correcteur proportionnel intégral et une dérivée filtrée générant une consigne de vitesse à partir de l'angle de consigne de braquage et de l'angle de braquage effectif mesuré, et un correcteur proportionnel générant à partir de ladite consigne vitesse générée par le correcteur proportionnel intégral et la dérivée filtrée, ledit au moins un couple de consigne. De manière avantageuse, le système comporte un filtre passe-bas associé au correcteur proportionnel intégral. L'interface est par exemple un volant et les moyens de mesure de la volonté du conducteur peuvent comporter un capteur d'angle d'un rotor d'un moteur destiné à appliquer le couple de consigne de réaction au volant. Les moyens de mesure de l'angle de braquage effectif d'au moins une roue comportent, par exemple un capteur d'angle d'un rotor d'un moteur destiné à appliquer le couple de consigne de braquage à la roue. Dans un exemple particulier, les deux roues directrices gauche et droite sont mécaniquement indépendantes, ledit système comportant deux actionneurs pour orienter chacune des roues, et dans lequel les moyens de calcul d'au moins un angle de consigne de braquage à partir de la volonté du conducteur génère un angle de consigne pour la roue gauche et angle de consigne pour la roue droite sur la base des angles de braquage effectif mesurés de chacune des roues gauche et droite, lesdits moyens de calcul utilisant le principe de l'épure de Jeantaud, et dans lequel les moyens pour générer au moins un couple de consigne de braquage à un actionneur génèrent un couple de braquage pour chacune des roues. Le système selon l'invention peut comporter des moyens pour comparer la valeur de l'angle de consigne de braquage et la valeur de l'angle de braquage mesurée ou des moyens de comparaison de la valeur de l'angle de braquage mesuré avec des valeurs prédites, ce qui permet de vérifier la cohérence de l'angle de braquage mesuré, ou des moyens d'estimation de la valeur de l'angle de braquage mesuré et de comparaison de la valeur de l'angle de braquage mesuré avec la valeur de l'angle estimé. Le ou les actionneurs peut ou peuvent être du type à crémaillère. Le système peut également comporter des moyens aptes à faire chuter la vitesse d'un ou des rotor(s) d'un ou de moteurs d'un ou de deux actionneur(s) au voisinage de la butée mécanique de la crémaillère afin d'éviter une détérioration de la crémaillère. La présente invention a également pour 25 objet un véhicule automobile comportant un système de direction asservi électronique selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins 30 en annexe sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de direction selon la présente invention dans lequel les deux roues sont commandées séparément ; - la figure 2 est un diagramme fonctionnel du calculateur associé au volant de direction ; - la figure 3 est un diagramme fonctionnel du calculateur de direction associé à au moins une roue ; - la figure 4 est un organigramme des étapes réaliser lors de l'asservissement en braquage selon la présente invention ; - la figure 5 une représentation schématique d'un système de direction selon la présente invention dans lequel les deux roues ont une commande unique. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir représenté schématiquement un exemple d'un système de direction selon la présente invention dans lequel les deux roues du train de direction sont commandées séparément, le système de direction comporte alors un demi-train gauche et un demi-train droit. Le système sera décrit en considérant un système à direction avant, mais un système pour véhicule à direction arrière ne sort pas du cadre de la présente invention. Sur la figure 1, seul le demi- train gauche avant est représenté à des fins de simplicité, mais le système selon la présente invention comporte également un demi-train avant droit. Le système de direction de la figure 1 comporte un demi-train gauche 2 et une interface de commande 4 entre le système et le conducteur par lequel le conducteur du véhicule donne ses instructions au système de direction. Classiquement l'interface est formée par un volant 5 de direction monté en rotation autour d'un axe, cependant on pourrait prévoir d'autres types d'interface, par exemple une manette. Le demi train gauche comporte une roue directrice 6 en contact avec le sol, portée par un porte fusée 8, relié par une biellette de direction 10 à un actionneur 12, l'actionneur étant commandé par un calculateur 14 désigné calculateur de pilotage de roue, lui-même relié à un calculateur 16 associé au volant de direction 4, désigné calculateur de pilotage du volant. L'actionneur 12 de la roue 6 est par exemple une crémaillère 12.1 entrainée par un moteur électrique 12.2. Un réducteur 12.3 est prévu entre le rotor du moteur électrique 12. 2 et la crémaillère pour transformer la rotation du rotor en translation de la crémaillère. L'axe Y de la crémaillère est sensiblement orthogonal à la direction X de déplacement du véhicule, la biellette de direction 10 transformant la translation de la crémaillère en rotation de la roue 6. En outre, sont prévus des capteurs 18 de mesure de l'angle de rotation de la roue 6, ces capteurs sont prévus, dans l'exemple représenté, au niveau du rotor du moteur 12.2 de l'actionneur 12. On pourrait également prévoir un capteur au niveau de la crémaillère. Est également prévu un dispositif de simulation 20 apte à générer un effort de réaction au niveau du volant afin de simuler une réaction d'un système de direction classique avec liaison mécanique entre le volant et le train de roue. Ce dispositif de simulation 20 comporte par exemple un moteur électrique 20.1 qui par l'intermédiaire d'un dispositif de réduction 20.2 restitue un couple au volant. En outre, un ou plusieurs capteurs 21 de position angulaire du volant formant des moyens d'acquisition de la volonté du conducteur sont prévus. Par exemple, ces capteurs sont prévus au niveau du rotor du moteur 20.1 du dispositif de simulation 20, mesurant la position angulaire du rotor. On pourrait également prévoir des capteurs directement sur l'axe du volant. Ce dispositif de simulation est commandé par le calculateur de pilotage du volant, recevant les mesures des capteurs 21 et envoyant au moteur un couple de consigne de réaction à appliquer au volant. Les moteurs mis en oeuvre, tant pour l'actionneur 12, que pour le dispositif de simulation 20 peuvent être notamment du type, synchrone, asynchrone ou à courant continu. Ces moteurs 12.1, 12.2 sont reliés à des variateurs capables de piloter le champ magnétique tournant au stator et capables d'assurer une fonction de boucle de courant pour commander les courants circulant dans les bobines pour effectivement retrouver au niveau du rotor les couples de consigne. Sur la figure 2, on peut voir un diagramme fonctionnel du calculateur de pilotage du volant 16. Ce calculateur 16 comporte une entrée 22 recevant l'angle de rotation du rotor du moteur 20.1, désigné ev qui correspond à l'angle de rotation du volant, traduisant la volonté du conducteur. Le calculateur de pilotage de volant 16 comportant deux sorties 24, 26 destinées à délivrer respectivement un couple de consigne au dispositif de simulation 20, désigné Cocons pour générer une réaction appropriée et des angles de consigne pour chacune des roues gauche et droite respectivement, désignées econsrg et econsrd Le calculateur comporte un modèle de référence 23 pour délivrer le couple de consigne Cvc partir de l'angle mesuré au volant ev; ce modèle associe à chaque angle de rotation une réaction particulière à appliquer au volant, ce modèle est obtenu à partir de mesures empiriques sur des systèmes de transmission mécaniques. Le modèle peut s'écrire : cocons = K ev + Aev + f K étant homogène à une raideur (Nm/rad), A étant homogène à un amortissement (Nm.$), F étant homogène à un frottement sec (Nm). Ces paramètres K, A et f peuvent éventuellement dépendre de la vitesse longitudinale du véhicule. Le calculateur comporte également des moyens 28 pour calculer les angles econsrg et econrd• Ces moyens 28 comportent un démultiplicateur de direction 29 dont le coefficient de démultiplication est égal au rapport entre l'angle au volant et l'angle de braquage moyen des roues. On peut prévoir que de coefficient de démultiplication dépende de la vitesse longitudinale du véhicule. En outre, dans le cas particulier de deux demi-trains de direction, les moyens 28 peuvent comporter également un bloc � épure de Jeantaud � 31 en sortie du démultiplicateur 29. L'épure de Jeantaud établit que les angles de braquage des deux roues d'un même essieu directeur doivent être légèrement différents pour assurer la convergence des axes des roues sur le centre instantané de rotation du véhicule, quand celui-ci circule dans les virages. Le bloc 31 est donc destiné à calculer la dissymétrie nécessaire entre la roue gauche et la roue droite. Il génère les angles 8consrg, econsrd à partir de la sortie du démultiplicateur 29, en assurant le décalage angulaire nécessaire. Il est à noter que l'on pourrait prévoir de réaliser l'épure de Jeantaud de manière mécanique entre les deux demi-trains de direction. Sur la figure 3, on peut voir un diagramme fonctionnel du calculateur de pilotage de roue 14. Ce calculateur reçoit en entrée la valeur de l'angle erg pour déterminer le couple de consigne pour la roue gauche. Pour le calcul du couple de consigne à appliquer à la roue, on peut prévoir d'utiliser le même calculateur ou un calculateur distinct. Le calculateur de pilotage de roue 14 comporte deux entrées, l'une recevant l'angle de consigne econsrg généré par le calculateur de pilotage de volant 16 et l'angle mesuré effectif de la roue gauche erg . Selon la présente invention, le calculateur de pilotage de roue 14 comporte un premier bloc 30, appelé boucle de position, destiné à calculer une consigne de vitesse sur la base de l'angle de consigne econsrg et de l'angle mesuré erg, et un deuxième bloc 32, appelé boucle de vitesse 32, destiné à générer un couple de consigne sur la base de la consigne de vitesse générée par la boucle de position 30. La boucle de position 30 est un correcteur proportionnel intégral ou correcteur PI. La boucle de position reçoit en entrée la valeur de la différence entre econsrg et erg calculée par un comparateur 34. Avantageusement, ce correcteur PI est associé à un filtre passe-bas, ce qui permet d'améliorer la stabilité du système. Le correcteur PI peut s'écrire : (K+111-) 1 p (l+r1p) (Kp+KI) étant la fonction de transfert du p correcteur PI, et 1 étant la fonction de transfert du (l + zIp) filtre passe-bas.25 Le correcteur PI permet d'améliorer la précision. Le correcteur PI délivre une vitesse ercons. La boucle de position comporte également un calcul de dérivée filtrée 35 recevant en entrée l'angle effectif mesuré erg, ce bloc délivre une vitesse erg. La fonction de transfert du bloc dérivée filtrée 35 peut s'écrire : p (l+zzp) Ce bloc 35 a pour effet de stabiliser le système et d'améliorer le temps de réponse. Un comparateur 36 est prévu pour calculer la différence entre ercons et La boucle de vitesse 32 comporte un correcteur proportionnel, du type gain statique, et reçoit en entrée la différence calculée par la comparateur 36 et génère un couple de consigne pour la roue gauche Cconsrg. Le correcteur de la boucle de vitesse a un coefficient de proportionnalité Kv. Ce couple de consigne Cconsrg est appliqué en entrée de l'actionneur 12 pour orienter la roue selon le souhait du conducteur. La boucle de vitesse 32 permet de limiter l'excitation spectrale du demi-train gauche, ce qui évite une mise en résonance du demi-train. De manière avantageuse, le calculateur de pilotage de roue 14 comporte également des moyens capables de vérifier la cohérence de l'angle mesuré erg. Par exemple, il peut s'agir d'une comparaison entre la valeur de consigne econsrg et la valeur mesurée erg, ou d'un contrôle de la valeur de erg en vérifiant qu'il ne prend pas de valeur aberrante en le comparant à des valeurs prédites. On peut également prévoir que le calculateur de pilotage de roue 14 comporte un modèle physique d'estimation de la valeur de l'angle mesuré de la roue erg. Dans ce cas, la vérification de la cohérence de la valeur de erg est obtenue en comparant la mesure réelle de l'angle erg avec la sortie de ce modèle d'estimation. Par ailleurs, on peut prévoir avantageusement que le calculateur de pilotage de roue 14 comporte des moyens aptes à faire chuter la vitesse au voisinage de la butée mécanique de la crémaillère afin d'éviter une détérioration de la crémaillère. Pour cela les moyens sont aptes à limiter la vitesse de consigne de rotation du rotor du moteur 12.2 de l'actionneur de la roue gauche. Les calculateurs de pilotage de roue 14 et de pilotage de volant 16 peuvent être différents ou confondus. On peut également prévoir une redondance des calculateurs, afin de pallier un calculateur défectueux Sur la figure 4, on peut voir un organigramme représentant les étapes de détermination du couple de consigne Crcons pour la roue gauche. A l'étape 100, on débute la détermination du couple de consigne Crcons. A l'étape 200, on mesure l'angle de braquage de la roue erg à l'aide des capteurs 18 sur le rotor du moteur 12.2. A l'étape 300, on acquiert la consigne de 5 braquage 8consrg provenant du calculateur de pilotage du volant 16. A l'étape 400, on calcule l'erreur de braquage formé par la différence econsrg - erg A l'étape 500, on calcule la vitesse de 10 consigne Brcons à l'aide la différence econsrg erg au moyen du correcteur PI. A l'étape 600, Simultanément aux étapes 300, 400, 500, on calcule la vitesse de braquage de roue erg par la dérivée filtrée 35. 15 A l'étape 700, on calcule l'erreur de vitesse en formant la différence Brconsù erg. A l'étape 800, sur la base de cette différence, on calcule le couple de consigne Cconsrg. La réaction au volant est, quant à elle, 20 obtenue au moyen du modèle de référence. Le couple de consigne pour la roue droite Cconsrd. est calculé de manière similaire à partir de la valeur de consigne econsrd et de la valeur mesurée erd Dans l'exemple représenté, la réaction au 25 volant est complètement indépendante du comportement au niveau des roues, puisqu'il n'y a aucun transfert d'information du calculateur de pilotage de roue vers le calculateur de pilotage du volant. Cependant, on pourrait prévoir d'utiliser des informations collectées aux niveaux des demi trains de roues pour améliorer le ressenti au volant. Sur la figure 5, on peut voir un système de direction dans lequel les deux roues directrices gauche 6 et droite 7 sont commandées par le même actionneur 12. Ce système se distingue dans son architecture et dans son fonctionnement par rapport au système décrit ci-dessus en relation avec les figures 1 à 4, par le fait qu'une seule valeur de couple de consigne Cc sr est calculée à partir d'une valeur d'angle de roue Or mesuré et d'une valeur d'angle de consigne eoonsr issu du calculateur 16. Ce couple de consigne unique est appliqué à un actionneur unique pour les deux roues. Par ailleurs, le calculateur de pilotage de volant ne comporte pas d'épure de Jeantaud puisque les deux roues sont mécaniquement liées. Les gains notamment du correcteur PI, de la 20 boucle de vitesse sont calculés pour obtenir des marges de stabilité aussi élevées que possibles. REVENDICATIONS 1. Système de direction asservi électronique pour véhicule automobile comportant : - des moyens de mesure (21) de la volonté d'un conducteur, ladite volonté étant exprimée à travers une interface (5), - des moyens de calcul (23) d'au moins un couple de consigne de réaction (Cvcos) à appliquer à ladite interface (5) afin de générer une réaction, - des moyens de calcul (28) d'au moins un angle de consigne de braquage (econsrg, e partir de la volonté du conducteur, - des moyens (18) pour mesurer l'angle effectif de braquage (erg, 8rd, 8r) d'au moins une roue (6, 7), - des moyens (14) pour générer au moins un couple de consigne de braquage (Cconsrg, Cconsrdr Cconsr) à au moins un actionneur (12, 12') apte à orienter une roue (6, 7) à partir de l'angle de braquage effectif mesuré (erg, 8rd, 8r) et de l'angle de consigne de braquage calculé (econsrg, econrd, econsr) r dans lequel les moyens (28) pour générer au moins un couple de consigne de braquage (Cconsrg, Cconsrdr Cconsr) comportent un correcteur proportionnel intégral (30) et une dérivée filtrée (35) générant une consigne de vitesse à partir de l'angle de consigne de braquage (econsrg, econrd, econsr ) et de l'angle de braquage effectif mesuré (erg, 8rd, 8r) , et un correcteur proportionnel (32) générant à partir de ladite consigne de vitesse générée par le correcteur proportionnel intégral (30) et c à consr)dérivée filtrée (35), ledit au moins un couple de consigne (Ccons, Cconsrd, Cconsr) 2. Système de direction asservi électronique selon la revendication 1, comportant un filtre passe-bas associé au correcteur proportionnel intégral (30). 3. Système de direction asservi électronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'interface (5) est un volant et les moyens de mesure (21) de la volonté du conducteur comporte un capteur d'angle d'un rotor d'un moteur (20.1) destiné à appliquer le couple de consigne de réaction (Cocons ) au volant (5). 4. Système de direction asservi électronique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de mesure (18) de l'angle de braquage effectif (erg, 8rd, 8r) d'au moins une roue (6, 7) comportent un capteur d'angle d'un rotor d'un moteur (12.2) destiné à appliquer le couple de consigne de braquage (Cconsrg, Cconsrd, Cconsr) à la roue (6, 7). 5. Système de direction asservi électronique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les deux roues directrices gauche (6) et droite sont mécaniquement indépendantes, ledit système comportant deux actionneurs (12) pour orienter chacune des roues, et dans lequel les moyens de calcul (28) d'au moins un angle de consigne de braquage (Cconsrg,Cconsrd) à partir de la volonté du conducteur génère un angle de consigne (8consrg) pour la roue gauche (6) et angle de consigne (econrd) pour la roue droite sur la base des angles de braquage effectif mesurés (erg, erd) de chacune des roues gauche et droite, lesdits moyens de calcul utilisant le principe de l'épure de Jeantaud (31), et dans lequel les moyens pour générer au moins un couple de consigne de braquage à un actionneur génèrent un couple de braquage (Cconsrg, Cconsrd) pour chacune des roues. 6. Système de direction asservi selon l'une des revendications 1 à 5, comportant des moyens pour comparer la valeur de l'angle de consigne de braquage (8consrg, 8conrd, econsr ) et la valeur de l'angle de braquage mesurée (erg, 8rd, 8r) ou des moyens de comparaison de la valeur de l'angle de braquage mesuré (erg, erdr 8r) avec des valeurs prédites , de manière à vérifier la cohérence de l'angle de braquage mesuré (erg, erdr er) 7. Système de direction asservi selon l'une des revendications 1 à 5, comportant des moyens d'estimation de la valeur de l'angle de braquage mesuré (erg, 8rd, 8r) et de comparaison de la valeur de l'angle de braquage mesuré (erg, 8rd, 8r) avec la valeur de l'angle estimé. 8. Système de direction asservi selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le ou lesactionneurs (12, 12') est ou sont du type à crémaillère 9. Système de direction asservi électronique selon la revendication 8, comportant des moyens aptes à faire chuter la vitesse d'un ou des rotor(s) d'un ou de moteurs (12.2) d'un ou de deux actionneur(s) (12, 12') au voisinage de la butée mécanique de la crémaillère (12.1) afin d'éviter une détérioration de la crémaillère (12.1). 10. Véhicule automobile comportant un système de direction asservi électronique selon l'une des revendications 1 à 9.