Brevet FR2929222A1 — publié le 20091002

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne les véhicules à direction électrique (en anglais, � drive-by-wire �). Elle concerne en particulier un procédé et un dispositif d'adaptation à l'usure d'un véhicule d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant pour système de direction de véhicule automobile du type � steer-by-wire �. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans les systèmes de direction de véhicule 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 est donné par la géométrie du train avant. Ainsi, pour diminuer cet effort qui peut être difficile à supporter par le conducteur, il peut être adjoint une assistance électrique. En revanche dans les systèmes de direction de véhicule automobile du type � steer-by-wire �, c'est-à-dire n'incorporant pas de lien mécanique entre le volant et les roues du véhicule, le train avant ne permet plus de transmettre la sensation d'efforts au conducteur du véhicule, qui est pourtant nécessaire à l'obtention d'un confort de conduite minimum. Par conséquent il est couramment fait appel à un dispositif de restitution d'efforts au volant. La figure 1 illustre un modèle d'un système de restitution d'efforts au volant où - Rred est le rapport de réduction (SU); - J. est l'inertie du moteur (kg.m2) ; - Jv est l'inertie volant (kg.m2) ; - Rm est l'amortissement moteur (Nms/rad) ; - Rv est l'amortissement axe volant (Nms/rad) ; - Ks est la raideur de la transmission (Nm/rad) ; - R8 est l'amortissement de la transmission (Nms/rad) ; - Kz =Cm // est la constante de couple moteur (Nm/A). Un problème est que pendant la durée de vie du véhicule le système de restitution d'efforts au volant ne suit pas les évolutions du véhicule, notamment son usure. Ceci a pour effet de dégrader la prestation d'un tel système et nuit au confort du conducteur. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de prendre en compte l'usure du véhicule en 1 o corrigeant les paramètres du système de restitution d'efforts ce qui permet une adaptation de ces paramètres à l'état courant du véhicule. Ainsi selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'adaptation à l'usure d'un véhicule d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant. 15 Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'à partir d'une acquisition d'un signal représentatif d'au moins un écart entre un angle volant mesuré sur le dispositif de restitution d'efforts et un angle volant issu d'un modèle de référence on adapte ledit au moins un paramètre à l'usure du véhicule. 20 En effet, il a été observé que la graisse d'un amortisseur mécanique perd ses propriétés ce qui entraine (voir figure 1) une dégradation du paramètre Rv ; l'inertie du volant est différente suivant que le véhicule intègre ou non un airbag ce qui a pour effet d'influencer le paramètre Jv ; le phénomène d'hystérésis a pour conséquence une baisse importante de la 25 constante de couple du moteur Kz dans le temps. Ainsi par la correction de ces paramètres critiques les prestations offertes par un système de restitution d'efforts au volant est considérablement améliorée et le confort du conducteur sensiblement amélioré. 30 D'autres aspects du procédé sont les suivants : - l'adaptation des paramètres s'effectue au moyen d'un filtre de Kalman ; - l'adaptation consiste à annuler l'écart entre l'angle volant mesuré sur le dispositif de restitution d'efforts et un angle volant issu d'un modèle de référence ; - l'acquisition du signal s'effectue suite à une excitation électrique du dispositif de restitution d'une part et du modèle d'autre part ; - les paramètres de commande sont : la constante du couple moteur, l'amortissement axe volant et l'inertie volant; - la constante du couple moteur et en ce que la constante du couple moteur adaptée, on adapte l'amortissement axe volant et à l'inertie volant ; - l'adaptation de la constante du couple moteur, l'excitation électrique est une excitation basse fréquence ; - l'adaptation l'amortissement axe volant et à l'inertie volant, l'excitation est une excitation haute fréquence ; - l'acquisition du signal s'effectue sur une durée dépendant de la résolution du signal souhaitée. Et selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif de restitution d'efforts au volant pour système de direction de véhicule automobile comprenant des moyens pour la mise en oeuvre d'un procédé d'adaptation selon le premier aspect de l'invention. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre la figure 1 déjà discutée : - la figure 2 illustre schématiquement un procédé d'adaptation d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant pour un système de direction de véhicule automobile. - la figure 3 illustre les étapes d'un procédé d'adaptation d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant pour un système de direction de véhicule automobile. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Principe du procédé d'adaptation La figure 2 illustre schématiquement un procédé 20 d'adaptation d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant pour un système de direction de véhicule automobile. 1 o La figure 3 illustre les étapes 30 d'un procédé d'adaptation d'au moins un paramètre de commande d'un dispositif de restitution d'efforts au volant pour un système de direction de véhicule automobile. On note qu'un tel procédé n'opère que lorsque le véhicule est à l'arrêt et en particulier dans les trois cas suivants : 15 - en mode � sommeil �, c'est-à-dire lorsque le véhicule est arrêté et que le passager est descendu ou est en train de descendre du véhicule ; - lorsque le véhicule est en révision ; - ou sur chaîne de montage. Le restituteur d'efforts au volant physique 22 et le restituteur d'efforts au 20 volant simulé 23 sont excités par un profil 21 de couple moteur spécialement conçu pour l'adaptation (c'est-à-dire que le volant tourne tout seul). Il est à noter que l'on corrige séquentiellement d'une part K, et le couple (I3v,Jv) d'autre part. K, est un paramètre statique Rv et Jv sont des paramètres 25 dynamiques. Par conséquent, comme on peut le voir sur la figure 3, on excite S30 au moyen d'une excitation basse fréquence le moteur électrique 14 du restituteur d'efforts au volant puis on excite S33 au moyen d'une excitation un peu plus haute-fréquence (1 Hz environ) le moteur électrique 14 du 30 restituteur d'efforts au volant. Pour K, le profil d'excitation est une rampe 21a et pour (Rv,Jv) le profil d'excitation est plus dynamique, par exemple un sinus 21b de fréquence 1-2 Hz. Le restituteur d'efforts au volant physique 22 et celui modélisé 23 comprennent deux entrées : une pour le couple volant moteur CM° et une autre pour le couple volant conducteurCv oND C'est le couple volant moteur CM° qui est excité par de tels profils et puisque le véhicule est à l'arrêt, le couple volant conducteurC°ND est forcé à la valeur zéro. 1 o Sur le système de restitution d'efforts au volant physique 22, on mesure au moyen d'un capteur d'angle 220 l'angle volant mesuré 8 M et la valeur de l'angle volant issu de la simulation 8,8 est acquise (modèle de référence). On déduit des deux valeurs ainsi obtenues la vitesse d'angle volant mesurée 6 M et la vitesse d'angle volant issue de la simulationds . 15 Suite à l'obtention de ces deux valeurs d'angle, on détermine les écarts entre les valeurs mesurées et simulées A8 =8v -8M et Ad =8 Des écarts différents de zéro sont bien entendus symptomatique d'un écart sur l'un au moins des trois paramètresK, , Rv et J, . Il est à noter que pour obtenir une correction ad hoc, il convient 20 d'effectuer une acquisition sur plusieurs échantillons des angles volant 8 M et 8,8 et des vitesses volant 6 M etds . A cet effet, l'algorithme d'adaptation implémenté dans un calculateur 24 comprend une faible mémoire tampon 240, c'est-à-dire une mémoire avec un oubli au-delà de N=2-3 échantillons. 25 L'algorithme est récursif c'est-à-dire qu'à chaque période d'échantillonnage Te on met à jour AK, ou àIv, ORv puis à partir de 2-3 mesures de A8v et Ad,. Ainsi, suite à l'excitation S30 on mémorise les valeurs de A0, et Ad, sur une durée At = N* T , avec Te la période d'échantillonnage et N le nombre de points du signal acquis. Dans le cas d'écarts différents de zéro, au moyen d'un algorithme d'adaptation on va calculer les corrections MKt, z. et dl, à appliquer respectivement sur les paramètresKt, Rv et Jv . De telles corrections sont fonctions des écarts constatés (nous détaillerons par la suite l'adaptation à proprement parlée). Comme déjà mentionné précédemment, à l'issue de l'adaptation de Kz on adapte les paramètres Rv et Jv de manière similaire à l'adaptation de Kt, étapes S33, S34 et S35 (voir figure 3). Algorithme d'adaptation Dans ce qui suit l'indice A fera référence à l'adaptation de Kz et l'indice B fera référence à l'adaptation de Rv etJv . On note que l'adaptation consiste en d'autres termes à annuler l'écart entre l'angle volant mesuré 0 M sur le dispositif de restitution d'efforts et un angle volant 0,8 issu d'un modèle de référence. Avant de décrire les étapes de l'algorithme d'adaptation, les modèles d'erreur sont présentés. Ecriture du modèle d'erreur L'équation de mesure permet de relier les écarts A0, et AE aux variations z. dl, et AK, pour respectivement les paramètres Rv , Jv et Kz et est donnée par l'expression suivante Y(k) = cl)t(k).O(k)+c(k), avec - Y(k) = (Ad, (k)\ le vecteur des écarts entre les valeurs mesurées \,ABV (k)i issues du restituteur d'efforts au volant 22 et les valeurs issues de la simulation 23 ; - 0(k) le vecteur des écarts sur les paramètres, c'est-à-dire OA(k)=AKtet OB(k)=(0I3V,dly) ; - 43(k) une matrice sensibilité des sorties aux paramètres d'erreur (d)AetTB); - e(k) l'erreur de mesure sur les sorties. Une telle équation permet de relier les écarts A8 et AOV aux variations z. dlv et AK, pour respectivement les paramètres Rv , Jv et Kt. L'équation d'évolution des paramètres décrit l'évolution des écarts ~Rv dlv et AK, dans le temps et est donnée par l'expression suivante 0(k) = 0(k -1) +r1(k -1), avec ri(k -1) l'erreur de modèle sur les paramètres. On note que la matrice d'état du modèle d'erreur est la matrice identitéld, ce qui revient à faire l'hypothèse que les paramètres à adapter varient très lentement. Les bruits L'algorithme d'adaptation est perturbé par deux types de bruit. Les bruits de mesure Ils sont caractérisés par la matrice de covariance de l'erreur de mesure : R(k)=E[e(k).et(k)j. Il s'agit d'une matrice diagonale constante dont les termes sont les variances des erreurs de mesure : et RB = avec - 6e l'écart type du bruit sur la mesure d'angle 0, ; - 6R l'écart type du bruit sur la mesure de la vitesse angulaire d ; Les bruits de modèle Ils sont caractérisés par la matrice de covariance de l'erreur de modélisation : Q(k) = Eh (k)il �k)]. 1 o Il s'agit d'une matrice diagonale constante dont les termes sont les variances des erreurs de modélisation des différents paramètres : /2 0 Rv 0 z avec - 6K l'écart type d'erreur de modèle sur Kz ; 15 - G5, l'écart type d'erreur de modèle sur Rv ; - l'écart type d'erreur de modèle surf, . Description de l'algorithme d'adaptation L'algorithme d'adaptation utilise un filtre de Kalman. Un tel filtre est 2o connu de l'homme du métier et ne sera que brièvement présenté. Les différentes étapes de l'algorithme d'adaptation (filtre de Kalman) s'enchainent comme suit. 1) Prédiction de la covariance de l'erreur d'estimation : P(k/kû1)=P(kû1/kû1)+Q, 25 avec : - P(k /k -1) la prédiction de l'erreur d'estimation RA =6Kz etRB = 9 - P(k -1 / k -1) l'estimation précédente de la covariance de l'erreur d'estimation ; - Q le bruit du modèle. 2) Calcul de l'erreur de prédiction d'observation : Az(k)=Y(k)ùcl)t(k).O(kù1), avec : - Y(k) l'observation courante ; - 1(k) la matrice de sensibilité associée à l'observation courante ; - C1(k -1) l'estimation précédente des écarts sur les paramètres. 3) Calcul de la covariance de prédiction d'observation : P2(k/k)=cl)t(k).P(k/kù1).cl)(k)+R, avec P2 (k / k) la covariance de l'observation. 4) Calcul du gain de Kalman G(k) : G(k)=P(k/kù1),I(k).[Pz(k/k)]-'. 5) Mise à jour de l'estimation des écarts sur les paramètres : C1(k / k) = 0(k -1/k ù 1)+ G(k).A(k) . 6) Mise à jour de la covariance de l'erreur d'estimation : P(k/k)= [Id ùG(k).cl)t(k)1P(k/kù1). REVENDICATIONS1. Procédé d'adaptation à l'usure d'un véhicule d'au moins un paramètre (Kz, Rv , Jv) de commande d'un dispositif (22) de restitution d'efforts au volant, caractérisé en ce qu'à partir d'une acquisition (S30) d'un signal représentatif d'au moins un écart (DO,) entre un angle volant mesuré (0,;' ) sur le dispositif de restitution d'efforts et un angle volant (0,8) issu d'un modèle de référence on adapte ledit au moins un paramètre à l'usure du véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adaptation (S32, S35) des paramètres s'effectue au moyen d'un filtre de Kalman. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adaptation consiste à annuler l'écart entre l'angle volant mesuré (0,;' ) sur le dispositif de restitution d'efforts et un angle volant (0,8) issu d'un modèle de référence. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acquisition du signal s'effectue suite à une excitation électrique (S30) du dispositif de restitution (22) d'une part et du modèle (23) d'autre part. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paramètres de commande sont : la constante du couple moteur (Kt), l'amortissement axe volant (Rv) et l'inertie volant (J,). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on adapte la constante du couple moteur (Kt) et en ce que la 2929222 Il constante du couple moteur (Kt) adaptée, on adapte l'amortissement axe volant (Rv) et à l'inertie volant (Jv ). 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que 5 pour l'adaptation de la constante du couple moteur (Kt), l'excitation électrique est une excitation basse fréquence. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que pour l'adaptation l'amortissement axe volant (Rv) et à l'inertie volant (J,), 10 l'excitation est une excitation haute fréquence. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acquisition du signal s'effectue sur une durée dépendant de la résolution du signal souhaitée. 10. Dispositif de restitution d'efforts au volant pour système de direction de véhicule automobile comprenant des moyens pour la mise en oeuvre d'un procédé d'adaptation selon l'une des revendications précédentes. 15 20