Brevet FR2933060A1 — publié le 20100101

SYSTÈME DE DIRECTION DU TYPE STEER-BY-WIRE POUR VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un système de direction à commandes découplées, communément désigné par l'anglicisme "steer-by-wire". L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile. De manière schématique, dans un véhicule automobile équipé d'un système de direction steer-by-wire, il n'y a pas de liaison mécanique entre le volant et les roues directrices. La traditionnelle colonne de direction est remplacée par des liaisons électriques à même de transmettre des ordres de commande générés à partir de la rotation du volant, à des actionneurs généralement électriques qui sont chargés de faire varier l'angle de braquage des roues directrices. La direction d'un véhicule automobile étant une fonction essentielle et vitale pour la sécurité, l'utilisation d'une architecture de type steer-by-wire impose de sévères contraintes en terme de sûreté de fonctionnement. Or à l'heure d'aujourd'hui, on ne sait atteindre un niveau élevé de sécurité qu'en redondant les composants les plus critiques du système de direction. L'idée est que tout composant électronique ou électrotechnique soit au minimum dupliqué, afin qu'au moins un de ses homologues puisse se substituer à lui en cas de défaillance. Dans la pratique, et compte tenu de la fiabilité actuelle des actionneurs électriques, un système de direction steer-by-wire se doit d'être tolérant à deux pannes, c'est-à-dire d'être toujours capable de fonctionner même en cas de défaillance de deux actionneurs. Pour parvenir à un tel résultat, quantité de solutions de l'état de la technique proposent de multiplier le nombre d'actionneurs au niveau de chaque roue directrice, ou de n'en utiliser qu'un seul intégrant plusieurs moteurs électriques et leurs électroniques de puissance respectives. Ce type d'architecture redondante présente toutefois l'inconvénient d'accroître significativement le poids, l'encombrement et le coût du système de direction. Au final, cela s'avère particulièrement pénalisant pour une application en série de la technologie steer-by-wire. Une autre solution permettant de maximiser la sûreté de fonctionnement d'une direction de type steer-by-wire consiste à lui adjoindre un mécanisme de "back up", c'est-à-dire un dispositif de secours qui n'intervient pour générer le braquage des deux roues directrices qu'uniquement en cas de défaillance du système principal. On connaît notamment un système dans lequel la direction steer-by-wire comprend un actionneur électrique par roue, un lien mécanique reliant les deux roues directrices, ainsi qu'un back up hydraulique qui agit sur l'une des deux roues directrices ; la seconde roue directrice suivant le mouvement grâce à la présence du lien mécanique. Un tel système de direction présente malheureusement lui aussi son lot de désavantages. Le mécanisme de back up s'avère tout d'abord particulièrement volumineux du fait qu'il requiert la notamment mise en oeuvre d'un vérin hydraulique, d'une pompe hydraulique et d'une valve hydraulique. Il offre par ailleurs peu de liberté en terme d'implantation, étant donné que le vérin doit nécessairement être positionné à proximité directe d'une des roues directrices. Enfin, un back up hydraulique ne permet pas de piloter le braquage des roues directrices aussi finement qu'une solution utilisant un actionneur électromécanique. Il est à noter que ce phénomène est amplifié par le fait que le vérin hydraulique ne commande directement le braquage que d'une seule des roues, et que par conséquent l'autre roue ne fait que suivre avec un certain déphasage. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention, est de proposer un système de direction du type steer-by-wire destiné à assurer le braquage de deux roues directrices d'un véhicule automobile, ledit système de direction comprenant un actionneur individuel par roue directrice, système de direction qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en étant à la fois moins onéreux et plus facile à intégrer dans le véhicule, tout en demeurant capable de tolérer deux pannes d'actionneurs. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que le système de direction comporte en outre un lien mécanique entre les deux roues directrices, ainsi qu'un actionneur commun en prise directe avec le lien mécanique, et en ce que l'actionneur commun est en permanence apte à générer un braquage simultané des deux roues directrices en déplaçant directement le lien mécanique. Il est à noter que l'invention est applicable à toute paire de roues directrices d'un même essieu directeur. Cela implique qu'un même véhicule automobile peut très bien comporter plusieurs systèmes de direction associés, comme par exemple lorsque ledit véhicule dispose de quatre roues directrices. Il est également entendu que chaque actionneur peut à priori être de nature quelconque et notamment de type électrique, hydraulique ou pneumatique. De la même manière, le lien mécanique peut quant à lui être indifféremment rigide comme par exemple une tringlerie, ou souple tel un mécanisme associant un câble et des poulies. Par ailleurs, il est important de souligner que le fait que l'actionneur commun soit en prise directe avec le lien mécanique, signifie qu'il n'exerce pas son action directement sur l'une des roues directrices à l'image du back up hydraulique de l'art antérieur, mais qu'il commande le braquage des deux roues directrices de manière indirecte, en entraînant en déplacement le lien mécanique qui les relie. Enfin, il convient de préciser que si l'actionneur commun est en permanence apte à générer un braquage simultané des deux roues directrices, cela veut dire qu'il est susceptible d'être mis en oeuvre à tout moment, c'est-à-dire aussi bien en cas de défaillance d'au moins un des actionneurs individuels, qu'au cours du fonctionnement normal du système de direction. Le système de direction est en effet conçu de manière à ce que l'actionneur commun puisse fonctionner concomitamment aux deux actionneurs individuels. L'objectif est de pouvoir apporter un surcroît de puissance lorsque l'angle de braquage des roues directrices devient trop important. On pense plus particulièrement ici à des manoeuvres de parking. Quoi qu'il en soit, l'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de ne requérir que trois actionneurs pour être tolérant à deux pannes. Le système de direction s'avère par conséquent nettement moins complexe que ses homologues à architecture redondante de l'état de la technique. Cela le rend d'autant moins lourd, moins encombrant et moins coûteux, ce qui au final facilite son intégration au sein du véhicule. Par ailleurs, l'actionneur commun ne constitue en rien un mécanisme de back up, étant donné qu'il intervient constamment lorsque le système de direction est pleinement opérationnel. Il présente simplement deux fonctions différentes suivant l'état de fonctionnement du système de direction. C'est ainsi qu'en nominal, l'actionneur commun est chargé de compléter l'action des actionneurs individuels lorsqu'un supplément de puissance devient nécessaire. La force mécanique, requise pour générer braquage des roues directrices, est alors répartie entre les trois actionneurs. Par contre, en cas de disfonctionnement du système de direction, la seconde fonction de l'actionneur commun est de se substituer à tout actionneur individuel défaillant. Cela vaut aussi bien pour les manoeuvres de parking précédemment évoqués, que pour les situations de conduite qui en temps normal ne nécessitent pas son intervention, telles que les manoeuvres de roulage. La présente invention concerne également les caractéristiques qui 30 ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, est destinée à mieux faire comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Elle est par ailleurs donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de direction conforme à l'invention. la figure 2 montre un exemple de lien mécanique qui est compatible avec le système de direction de la figure 1. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. La figure 1 illustre donc un système de direction 1 du type steer-by-wire dont la fonction est d'assurer le braquage de deux roues directrices 100, 101 d'un véhicule automobile, qui sont classiquement montées rotatives sur des portes fusées 110, 111 eux même montés pivotants. Ainsi qu'on peut le voir sur ce schéma purement fonctionnel, le système de direction 1 est doté d'un actionneur individuel 10, 11 par roue directrice 100, 101. Mais conformément à l'objet de la présente invention, le système de direction 1 est en outre pourvu d'un lien mécanique 20 qui couple en pivotement les deux roues directrices 100, 101, ainsi que d'un actionneur commun 30 qui est en prise directe avec le lien mécanique 20 en question. L'ensemble est par ailleurs agencé de manière à ce que l'actionneur commun 30 soit à tout moment en mesure de générer un braquage simultané des deux roues directrices 100, 101, en entraînant en déplacement le lien mécanique 20 de façon directe. Dans le détail, la commande de direction du véhicule est constituée par un traditionnel volant 40, auquel sont associés des capteurs 50 chargés d'en déterminer la position angulaire. L'ensemble est contrôlé par un calculateur qui n'est pas représenté, mais qui est à même de traiter ce type d'information afin de piloter les différents actionneurs 10, 11, 30 par l'envoi de lois de commande 60 appropriées. Cette dernière opération s'effectue par l'intermédiaire de liaisons électriques 70, 71, 72, 73 qui sont symbolisées ici en pointillés. Chaque actionneur individuel 10, 11 commande le braquage de la roue directrice 100, 101 qui lui est associée, en exerçant son action directement sur le porte fusée 110, 111 correspondant. Or le lien mécanique 20 est couplé aux roues directrices 100, 101 par l'intermédiaire de leurs portes fusées respectifs 110, 111. C'est pourquoi l'actionneur commun 30 déclenche le braquage simultané des deux roues directrices 100, 101 en agissant lui aussi sur les portes fusées 110, 111, mais de manière indirecte en ce qui le concerne puisqu'il agit en premier lieu sur le lien mécanique 20. On peut noter que l'utilisation du seul lien mécanique 20 permet au système de direction 1 de tolérer une panne d'actionneur individuel 10, 11. En effet, grâce à sa présence, l'actionneur individuel 10, 11 qui demeure efficient et qui est associé à l'autre roue 100, 101, est alors capable de commander le braquage de la roue opposée. Par contre, c'est l'existence de l'actionneur commun 30 qui confère au système de direction 1 la capacité de tolérer deux pannes. Il existe ainsi plusieurs modes de fonctionnement dégradés: - si une panne touche l'actionneur individuel 10, 11 d'une roue 100, 101, le braquage dégradé est généré par l'actionneur individuel 10, 11 de l'autre roue 20 100, 101, assisté par l'actionneur commun 30 ; - lorsqu'une panne concerne l'actionneur commun 30, le braquage des roues 100, 101 est réalisé par les deux actionneurs individuels 10, 11 ; - dès lors que deux pannes touchent respectivement l'actionneur individuel 10, 11 d'une roue 100, 101 et l'actionneur commun 30, le braquage est engendré 25 par l'actionneur individuel 10, 11 de la roue 100, 101 opposée ; - si par contre deux pannes concernent les deux actionneurs individuels 10, 11, le braquage est alors commandé par l'actionneur commun 30. Selon une particularité de l'invention, le lien mécanique 20 est un lien 30 mécanique avec jeu. Cette caractéristique particulièrement avantageuse permet d'optimiser le dimensionnement des trois actionneurs, que ce soit en terme de volume, de poids ou de coût. En effet, la présence de jeu implique que les roues directrices 100, 101 sont découplées sur une certaine plage angulaire. Il est par conséquent possible de faire fonctionner concomitamment des actionneurs aux prestations distinctes, sans que ces derniers se perturbent les uns les autres malgré des vitesses de mise en oeuvre différentes. C'est ainsi que les deux actionneurs individuels peuvent être calibrés - spécialement pour les situations de conduite les plus dynamiques, c'est-à-dire les prestations de roulage, en offrant des performances privilégiant la rapidité à la puissance. A contrario, l'actionneur commun peut être dimensionné spécifiquement pour fournir des efforts intenses mais peu rapides, afin de pouvoir assurer efficacement les prestations de parking qui requièrent des braquages de roues de fortes amplitudes. Et grâce au jeu du lien mécanique, l'actionneur commun va parfaitement pouvoir suivre la cadence des deux actionneurs individuels bien qu'il soit intrinsèquement moins rapide du fait de sa puissance supérieure. De manière particulièrement avantageuse, le jeu du lien mécanique 20 est réparti de manière symétrique entre l'actionneur commun 30 d'une part, et chaque actionneur individuel 10, 11 d'autre part. C'est précisément ce qui est symbolisé par les deux cadres 20a, 20b sur la figure 1. Cette caractéristique permet quoi qu'il en soit de minimiser le déphasage entre la position angulaire du volant 40 et l'angle de braquage effectif des roues directrices 100, 101, lorsque le système de direction 1 fonctionne en mode dégradé. L'objectif est bien entendu qu'en cas de panne, le conducteur puisse disposer de la meilleure maîtrise possible de son véhicule. Conformément à une autre caractéristique avantageuse, le lien mécanique 20 est un lien mécanique souple. Par rapport à une tringlerie ou tout autre lien mécanique rigide, l'avantage d'un lien mécanique souple 20 est de libérer de l'espace entre les deux roues directrices 100, 101, ce qui permet au final une optimisation de l'architecture mécanique de la partie basse du système de direction 1.30 La figure 2 montre de manière partielle un lien mécanique 20 qui est à la fois souple et doté d'un jeu. Dans ce mode particulier de réalisation, choisi uniquement à titre d'exemple, la souplesse du lien mécanique 20 est conférée par une structure associant un câble 21 et des poulies 22. Concrètement, le câble 21 se présente sous la forme d'une boucle qui coopère par entraînement avec, d'une part, une poulie centrale non visible mais couplée à l'actionneur commun 30, et d'autre part, deux poulies 22 respectivement couplées aux deux portes fusées 110, 111. Le jeu du lien mécanique 20 est quant à lui procuré par un couplage particulier des poulies 22 sur les portes fusées 110, 111. Dans le détail, chaque poulie 22 est en fait montée partiellement rotative autour d'un axe 23 lié mécaniquement au mouvement de pivotement du porte fusée 110, 111 correspondant. Pour cela, chaque poulie 22 comporte une large encoche 24 dans laquelle peut se déplacer un ergot 25 solidaire de l'axe 23. Aucun jeu n'est par contre prévu entre l'actionneur commun 30 et la poulie centrale qui lui est associée. Un tel agencement étant parfaitement connu, il ne sera pas décrit davantage ici. Il est cependant entendu que tout autre lien mécanique avec jeu de l'état de la technique pourrait être utilisé de manière équivalente, comme par exemple un système d'engrenages. De préférence, l'actionneur commun 30 est un actionneur électrique. De la même manière, les deux actionneurs individuels 10, 11 sont de préférence des actionneurs électriques. Bien évidemment, l'invention concerne plus généralement tout véhicule automobile doté d'au moins un système de direction tel que précédemment décrit. REVENDICATIONS1. Système de direction (1) du type steer-by-wire destiné à assurer le braquage de deux roues directrices (100, 101) d'un véhicule automobile, ledit système de direction (1) comprenant un actionneur individuel (10, 11) par roue directrice (100, 101), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un lien mécanique (20) entre les deux roues directrices (100, 101), ainsi qu'un actionneur commun (30) en prise directe avec le lien mécanique (20), et en ce que l'actionneur commun (30) est en permanence apte à générer un braquage simultané des deux roues directrices (100, 101) en déplaçant directement le lien mécanique (20). 2. Système de direction (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lien mécanique (20) est un lien mécanique avec jeu. 3. Système de direction (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le jeu du lien mécanique (20) est réparti de manière symétrique entre l'actionneur commun (30) d'une part, et chaque actionneur individuel (10, 11) d'autre part. 4. Système de direction (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé 20 en ce que le lien mécanique (20) est de préférence un lien mécanique souple. 5. Système de direction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'actionneur commun (30) est de préférence un actionneur électrique. 6. Système de direction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux actionneurs individuels (10, 11) sont de préférence des actionneurs électriques. 30 7. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de direction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25