Brevet FR2953181A1 — publié le 20110603

La présente invention concerne un procédé de détermination de la position absolue du volant de conduite pour des véhicules automobiles équipés d'une direction assistée électrique (DAE) et comportant au moins un moyen de mesure d'un paramètre dynamique sur le roulage du véhicule. L'information de position angulaire absolue du volant est de plus en plus nécessaire dans la conduite d'un véhicule, pour : - la fonction de retour automatique de la direction au point milieu, - les algorithmes de régulation de la fonction d'assistance, - l'équipement de contrôle de trajectoire (ESP), - les indicateurs de changement de direction, - les feux additionnels de virage, ou feux directionnels, - les dispositifs intelligents d'assistance au parking (IPA, PLA). Ces diverses applications entraînent plusieurs problématiques sous-jacentes : - l'information de position angulaire du volant doit être disponible dès le démarrage du véhicule, - cette information doit être absolue et multi-tour, - la précision de cette information doit être important, - l'exactitude de cette information doit être constamment vérifiée, - le volant doit pouvoir être tourné d'un angle important même lorsque le contact est coupé. Pour résoudre ces diverses problématiques, il est connu d'employer un capteur de position angulaire absolue dédié situé entre le volant et le pignon de la direction. Cette solution entraîne un surcoût important sur le 25 prix de la direction. Le document FR2876972 propose une solution ne nécessitant pas de capteur de position angulaire absolu dédié en se basant sur : - la position angulaire du rotor du moteur d'assistance de la direction assistée électrique, nécessaire au contrôle de celui-ci, 30 - le rapport de réduction entre le moteur d'assistance et la colonne de direction permettant de définir une position relative du volant, - la définition d'un segment de référence dans le positionnement du moteur d'assistance obtenu par la comparaison d'une estimation statistique sur la similitude de la vitesse des roues arrière en ligne droite avec une estimation 35 mécanique obtenue par le calcul de l'angle de braquage du véhicule, - la définition d'une marge d'erreur dans la définition du segment de référence, - la définition d'une valeur de décalage et déduction d'une position angulaire absolue du volant en ajustant le zéro de la position relative du volant 5 sur la position de référence. Cependant, ce procédé nécessite des conditions de roulage précises du véhicule pour être mis en oeuvre, notamment une mesure égale de la vitesse des roues arrière qui ne peut être effectuée que lorsque le véhicule roule en ligne droite. La détermination de la position absolue du volant par ce 10 procédé n'est donc pas possible si le véhicule au démarrage est déjà engagé dans un virage. La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus notamment en fournissant un procédé dont l'initialisation ne nécessite pas forcément que le véhicule roule en ligne 15 droite. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour la détermination de la position angulaire absolue d'un volant de conduite d'une direction assistée électrique de véhicule automobile comportant au moins un moyen de mesure d'un paramètre dynamique lors du roulage du véhicule, la 20 direction assistée électrique comprenant : - un moteur électrique d'assistance piloté par un calculateur électronique et comportant un rotor effectuant un nombre de tours Nt,,. ,5fe,:-pendant la rotation du volant, - un réducteur en sortie du moteur électrique de rapport de 25 réduction (r), - un capteur angulaire de la position du rotor du moteur, du type « resolver » et mesurant une position absolue mono-tour `ML aO_E dépendant d'un nombre de paires de pôles (n) réparties entre le capteur angulaire et le rotor du moteur, et 30 - un capteur de couple permettant de connaître le couple exercé sur le volant par le conducteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes : - d'initialisation à 0 du nombre de tours . £4u::3 1 du rotor du moteur électrique au démarrage du véhicule, 35 - de détermination périodique d'une position angulaire relative multi-tour du volant, en particulier par la formule : x n - de détermination d'au moins un paramètre dynamique relatif aux conditions de roulage du véhicule à partir de l'au moins un moyen de mesure 5 de ce paramètre, - de détermination des données internes de la direction assistée électrique tels que la vitesse du moteur et le couple de braquage qui est égal à la somme du couple d'assistance du moteur et du couple exercé par le conducteur, 10 - de détermination d'un angle de volant absolu calculé à partir d'au moins un paramètre dynamique sur les conditions dynamiques de roulage du véhicule, - de contrôle de la validité de la valeur calculée de l'angle volant absolu en fonction des conditions dynamiques de roulage du véhicule dans 15 lesquelles il a été déterminé ainsi que des données internes de la direction assistée électrique, - de pondération de la valeur calculée de l'angle de volant absolu en fonction du contrôle de validité de la valeur calculée de l'angle de volant absolu, 20 - de détermination d'une valeur d'autorisation de recalage de la position absolue du volant, et - de recalage de la position du volant sur la valeur d'autorisation de recalage. Ce procédé est satisfaisant en ce qu'il n'est plus nécessaire d'avoir 25 la condition de roulage des roues en ligne droite pour initier la détermination d'un angle de position absolue du volant, cette détermination étant basée non plus sur une estimation statistique du nombre d'occurrences réalisées sur un secteur du moteur d'assistance mais sur une pondération de la valeur de cet angle en fonction de conditions dynamiques de roulage. L'analyse des 30 données relatives aux conditions dynamiques de roulage véhicule et du couple de braquage (couple d'assistance + couple conducteur) permet de déterminer une position angulaire absolue multi-tour du volant en permanence et ceci dès le démarrage du véhicule. De plus, la précision du recalage est d'autant meilleure que le « resolver » fournit une position fiable et précise de la position 35 relative du volant, ce qui est le cas puisque l'arbre du moteur et la colonne de direction sont liés mécaniquement par le réducteur de la DAE dont le rapport de réduction peut être vu comme un multiplicateur de précision de la course du volant. Selon le même mode opératoire, l'étape de recalage de la position du volant a lieu si des conditions dynamiques prédéterminées du véhicule sont 5 réunies. Cette disposition permet d'obtenir une valeur fiable de la position angulaire absolue du volant dans la mesure où certaines conditions dynamiques de roulage empêchent d'avoir une précision satisfaisante de cette position angulaire absolue. 10 Dans le cas du mode opératoire précédent, les conditions dynamiques prédéterminées concernent un seuil de vitesse de véhicule donné. La vitesse du véhicule influe directement sur certains paramètres dynamiques de roulage comme la vitesse des roues et la vitesse de lacet dans un virage qui sont données par deux moyens de mesure de données 15 dynamiques du véhicule, ce qui apporte en plus une redondance de l'information pouvant entrer en compte dans la pondération de la valeur calculée de l'angle de volant absolu. Dans le cas du mode opératoire précédent, le recalage a lieu si les conditions dynamiques prédéterminées du véhicule sont respectées pendant 20 une durée prédéterminée. Cette disposition a pour effet d'améliorer la précision et la validité de la valeur calculée de l'angle de volant absolu. Selon un mode opératoire, le procédé comprend une étape de correction dans la détermination d'au moins un paramètre dynamique du 25 véhicule en cas de roue de diamètre différent des autres ou de pneu dégonflé. Cette disposition prévoit le cas où des valeurs renvoyées par les moyens de mesure seraient faussées à cause d'un pneu dégonflé ou du roulage avec une roue de secours de diamètre différent que les autres roues et prévoit un ajustement, si besoin, par des coefficients correcteurs de vitesse de 30 roues. Selon un mode opératoire, le moyen de mesure d'un paramètre dynamique du véhicule comprend un système antiblocage de roues (ABS) permettant de déterminer la vitesse des roues à l'aide de capteurs disposés sur chacune des roues. 35 Cette disposition permet de profiter d'un équipement préexistant sur le véhicule pour déterminer la vitesse des roues et ainsi calculer l'angle absolu du volant tout en s'affranchissant d'un capteur dédié à la mesure de ces vitesses de roues. Dans le cas du mode opératoire précédent, les capteurs disposés sur chacune des roues envoient des signaux à un calculateur d'ABS qui traite ces signaux afin d'en déduire la vitesse de chacune des roues, puis qui les met périodiquement à disposition sur un réseau CAN (Controller Area Network) du véhicule. Cette disposition permet à l'ensemble des calculateurs du véhicule d'avoir accès à l'information sur la vitesse des roues du véhicule. Selon un mode opératoire, le moyen de mesure d'un paramètre dynamique du véhicule comprend un équipement de contrôle de trajectoire (ESP) permettant de déterminer la vitesse de lacet et/ou l'accélération latérale du véhicule. Cette disposition permet de calculer un angle absolu du volant à 15 partir des paramètres dynamiques de vitesse de lacet et/ou d'accélération latérale du véhicule. Selon le même mode opératoire, un calculateur d'ESP met périodiquement à disposition sur un réseau CAN (Controller Area Network) du véhicule les valeurs de la vitesse de lacet et/ou de l'accélération latérale du 20 véhicule. Cette disposition permet à l'ensemble des calculateurs du véhicule d'avoir accès à l'information sur la vitesse de lacet et l'accélération latérale du véhicule. Selon un mode opératoire, le calculateur électronique de la 25 direction assistée électrique reçoit des informations sur la vitesse des roues et/ou sur la vitesse de lacet et/ou sur l'accélération latérale du véhicule sur un réseau CAN du véhicule. Cette disposition permet au calculateur électronique embarqué de la direction assistée électrique de récupérer des données sur le comportement 30 dynamique du véhicule, par exemple fournies par le calculateur d'ABS et/ou par le calculateur ESP. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples pour certains, une forme de mise en oeuvre du procédé 35 selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective, schématisée, d'une direction assistée électrique de l'état de la technique. La figure 2 est une vue en perspective, schématisée, illustrant la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans un véhicule. La figure 1 rappelle quels sont les principaux éléments composant un système de direction assistée électrique 1 de véhicule automobile. Une telle direction 1 comprend, d'une part, une partie mécanique désignée globalement par le repère 2, comprenant un volant de conduite 3 lié à une colonne de direction 4, dont l'extrémité éloignée du volant 3 porte un pignon de direction en prise avec une crémaillère (non visible), montée coulissante dans un carter de direction 6. Les deux extrémités opposées de la crémaillère sont respectivement liées, par l'intermédiaire de biellettes gauche 7 et droite 8 équipées respectivement à leur extrémité extérieure d'une rotule de direction gauche 7' et droite 8', aux porte-moyeux (non représentés) des roues directrices gauche et droite du véhicule automobile concerné. La direction assistée électrique 1 comprend, pour assister l'effort manuel exercé par le conducteur du véhicule sur le volant 3, un moteur électrique d'assistance 9 à double sens de rotation, dont l'arbre de sortie est accouplé, par l'intermédiaire d'un réducteur 10 notamment à vis sans fin et roue tangente, à la colonne de direction 4, de manière à transmettre un couple moteur (éventuellement aussi un couple résistant) à la colonne de direction 4. Le moteur électrique d'assistance 9 est piloté par un calculateur électronique embarqué 11 relié à un réseau CAN 17 (Controller Area Network) du véhicule lui permettant de recevoir et de traiter divers signaux en provenance de divers capteurs contrôlant divers paramètres de comportement du véhicule. Dans une réalisation selon l'état de la technique, le calculateur électronique 11 reçoit un signal électrique issu d'un capteur dédié 12 l'informant sur l'angle relatif, absolu ou absolu multi-tour de braquage du volant 3, représentatif de l'angle instantané réel de braquage du véhicule automobile concerné. Ce calculateur 11 reçoit également un signal provenant d'un capteur de couple 13 placé sur la colonne de direction 4, et mesurant ainsi le couple exercé par le conducteur sur le volant 3. A partir de ces diverses informations, le calculateur 11 pilote le moteur électrique d'assistance 9, en imposant à tout moment des données internes de la direction assistée électrique 1 tels qu'un couple ou un effort d'assistance du moteur 9, pouvant amplifier ou au contraire compenser l'effort appliqué par le conducteur sur le volant 3, selon des « lois d'assistance » prédéfinies et programmées dans une mémoire non volatile du calculateur 11. Dans une direction assistée électrique utilisée avec le procédé selon l'invention, le capteur dédié 12 est supprimé et on utilise l'information d'un capteur angulaire 14 de la direction assistée électrique 1 de type « resolver » dédié à la détection de la position angulaire absolue e du moteur électrique d'assistance 9 entre deux pôles successifs parmi n pôles statoriques de ce moteur d'assistance 9, avec 36 4 . O En comptant le nombre de tours du rotor du moteur 9, par détection de passage par 0° à chaque échantillonage, il est possible de calculer une position relative multi-tour du rotor du moteur 9 par la formule : emt..,s e:&£ = G..c e:&£ , 'sc s...- e e:- avec la variable Ntours etec qui est incrémentée à chaque passage de 359° à 0°, ou décrémentée à chaque passage de 0° à 359°. La position relative multi-tours du rotor du moteur 9 s'obtient par les formules suivantes : n La colonne de direction 4 est entraînée en rotation par le moteur 9, via le réducteur 10, la position du volant 3 par rapport au moteur 9 est donnée 25 par la formule suivante : La position relative multi-tour du volant 3 en fonction de la position absolue mono-tour du moteur 9, est finalement déterminée à partir de la formule suivante : _no É-e er-Eiitenf nt xn 30 Au démarrage du véhicule, le nombre de tours Ntours etec est initialisé à 0. La position relative prend comme valeur initiale 0°, et ne pourra jamais être supérieure à la course maximale du volant 3 de butée à butée. La position angulaire du volant 3 déterminée à partir de la position angulaire du moteur d'assistance 9 permet d'obtenir une position relative d'une précision très importante et d'une résolution bien supérieure aux capteurs d'angle 12 utilisés actuellement dans le domaine de l'automobile. Ce processus peut s'appliquer quel que soit le système d'assistance électrique sur colonne, sur pignon, ou sur crémaillère. Dans la mesure où le volant est relié mécaniquement au système, il est toujours possible de déterminer sa position, en tenant compte des éléments mécaniques intermédiaires (réducteurs, barres de torsion). Ce processus peut s'appliquer également sur des systèmes de direction dans lesquels la fonction reliant la position du volant, et la position du pignon n'est pas linéaire. En effet, la position calculée sera le reflet de la position du pignon, or c'est cette position qui détermine le braquage des roues avant, et la direction du véhicule. C'est donc la position du pignon qui intéresse les équipements. Selon l'invention, la mise en oeuvre du procédé pour la détermination de la position angulaire absolue du volant de conduite d'une direction assistée électrique de véhicule automobile, utilise au moins un moyen de mesure fournissant la valeur d'un paramètre dynamique du véhicule lors de son roulage. Ce moyen de mesure comprend le calculateur 15 du système antiblocage de roues (ABS) permettant de déterminer la vitesse des roues 5 à l'aide de capteurs disposés sur chacune des roues 5 et/ou le calculateur 16 de l'équipement de contrôle trajectoire (ESP) permettant de déterminer la vitesse de lacet et/ou l'accélération latérale du véhicule. Dans la détermination d'une position absolue du volant 3 par l'analyse des vitesses de roues 5 founie par le calculateur ABS 15, l'algorithme employé par le calculateur 11 utilise de façon générale les écarts de vitesse entre les roues 5 gauche et droite. Cet algorithme est précisé ici à titre d'exemple en utilisant la vitesse des roues arrière, mais il serait également possible d'utiliser la vitesse des roues avant, ou les quatre roues 5. La vitesse moyenne des roues arrière s'obtient par la formule suivante : '°ris gau.w ,e h , . F + rs ,.,e dre;c Cette même relation peut être obtenue à partir des informations fournies au calculateur 11 par le calculateur ESP 16 à partir de la vitesse de lacet ou de l'accélération latérale du véhicule. A cet effet, le rayon instantané de la trajectoire d'un véhicule roulant à une vitesse V peut être calculé à partir de la vitesse de lacet PSI' du véhicule par la formule : et/ou à partir de l'accélération latérale ylatérale du véhicule par la formule : R , Ces deux calculateurs 15, 16 mettent à disposition périodiquement les informations de vitesse des roues 5, de vitesse de lacet et d'accélération latérale sur le réseau CAN 17 du véhicule relié au calculateur 11 de la direction assistée électrique 1. Pour la détermination de la position absolue du volant 3 à partir de la vitesse des roues 5, le procédé prévoit une correction des vitesses de roues 5 en cas de roulage avec une roue de secours de diamètre différent des autres roues 5 ou en cas de roulage avec un pneumatique dégonflé. Cette fonction de correction contrôle les écarts de vitesse des roues 5 sur de longues distances, et ajuste, si besoin, les coefficients correcteurs de vitesse des roues 5. Les variables utilisées par cette fonction sont sauvegardées en mémoire non volatile, afin de pouvoir calculer le cumul des écarts sur plusieurs kilomètres, indépendamment d'éventuels arrêts du véhicule durant le calcul. Après avoir recueilli un paramètre dynamique de roulage, le calculateur 11 contrôle la validité de la valeur calculée de l'angle volant absolu en fonction d'une part des conditions dynamiques de roulage du véhicule dans lesquelles ce paramètre dynamique a été déterminé et en fonction d'autre part des données internes de la direction assistée électrique 1 tels que le couple d'assistance ou la vitesse du moteur. A cet effet, le calculateur 11 pondère chacune de ces valeurs en fonction de règles prédéterminées établies sur les conditions dynamiques de roulage, comme par exemple un temps de roulage suffisant, un seuil de vitesse de véhicule donné mais aussi sur la provenance de ces valeurs selon qu'elles ont été déterminées par une mesure de la vitesse des roues 5 réalisée par le calculateur ABS 15 ou par une mesure de la vitesse de lacet et/ou de l'accélération latérale réalisée par le calculateur ESP 16. Concernant cette provenance des valeurs calculées de l'angle volant absolu, on peut introduire une notion de score pouvant être interprétée comme un indice de confiance sur la précision du calcul théorique de l'angle absolu. Le score est issu de la compilation de différentes tables de score ayant diverses entrées mélangeant les conditions dynamiques du véhicule et les données internes de la direction assistée électrique 1. Le recoupement de l'ensemble des valeurs pondérées permet de calculer un décalage instantané de l'angle relatif correspondant à la différence entre l'angle relatif calculé à partir de la mesure du « resolver » 14 sur le rotor du moteur d'assistance 9 et les calculs d'angles absolus déterminés à partir des paramètres dynamiques de roulage provenant des calculateur ABS 15 et/ou calculateur ESP 16. Afin de moyenner ces informations de décalage instantané, le calculateur 11 calcule la moyenne du décalage à l'aide d'une moyenne cumulée pondérée par le score instantané. Le calcul et la mémorisation de l'écart entre la position relative, et la position absolue lorsque des conditions de roulage prédéterminées sont réunies, permet donc de déterminer précisémment à chaque instant la position absolue multi-tour du volant. Le calculateur 11 de la direction assistée électrique 1 met à disposition périodiquement l'information de position absolue du volant sur le 25 réseau CAN 17, ainsi que la validité de cette information. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, à titre d'exemple ; elle embrasse, au contraire, toutes les variantes de mise en oeuvre de ce procédé. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention si l'ensemble des données 30 recueillies, calculées et transmises par le calculateur 11 de la direction assistée électrique était recueillies, calculées et transmises par un autre calculateur dédié. REVENDICATIONS1. Procédé pour la détermination de la position angulaire absolue d'un volant (3) de conduite d'une direction assistée électrique (1) de véhicule automobile comportant au moins un moyen de mesure d'un paramètre dynamique lors du roulage du véhicule, la direction assistée électrique (1) comprenant : - un moteur électrique d'assistance (9) piloté par un calculateur électronique (11) et comportant un rotor effectuant un nombre de tours 10 (- `c :..,-s_sxc)pendant la rotation du volant (3), - un réducteur (10) en sortie du moteur électrique (9) de rapport de réduction (r), - un capteur angulaire (14) de la position du rotor du moteur, du type « resolver » et mesurant une position absolue mono-tour (:me..,s_e:7. 15 dépendant d'un nombre de paires de pôles (n) réparties entre le capteur angulaire (14) et le rotor du moteur (9), et - un capteur de couple permettant de connaître le couple exercé sur le volant par le conducteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes : 20 - d'initialisation à 0 du nombre de tours (`uourz ami) du rotor du moteur électrique (9) au démarrage du véhicule, - de détermination périodique d'une position angulaire relative multi-tour du volant (3), en particulier par la formule : ry1Y- e>' o3-1ü ei.f X RR i.' t.cur 5 ..E 25 - de détermination d'au moins un paramètre dynamique relatifs aux conditions de roulage du véhicule à partir de l'au moins un moyen de mesure de ce paramètre, - de détermination des données internes de la direction assistée 30 électrique (1) tels que la vitesse du moteur 9 et le couple de braquage qui est égal à la somme du couple d'assistance du moteur 9 et du couple exercé par le conducteur, - de détermination d'un angle de volant absolu calculé à partir d'au moins un paramètre dynamique sur les conditions dynamiques de roulage du 35 véhicule,- de contrôle de la validité de la valeur calculée de l'angle de volant absolu en fonction des conditions dynamiques de roulage du véhicule dans lesquelles il a été déterminé ainsi que des données internes de la direction assistée électrique (1), - de pondération de la valeur calculée de l'angle de volant absolu en fonction du contrôle de validité de la valeur calculée de l'angle de volant absolu, - de détermination d'une valeur d'autorisation de recalage de la position absolue du volant (3), et - de recalage de la position du volant (3) sur la valeur d'autorisation de recalage. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'étape de recalage de la position du volant (3) a lieu si des conditions dynamiques prédéterminées du véhicule sont réunies. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les conditions dynamiques prédéterminées concernent un seuil de vitesse de véhicule donné. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel le recalage a lieu si les conditions dynamiques prédéterminées du véhicule sont 20 respectées pendant une durée prédéterminée. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape de correction dans la détermination d'au moins un paramètre dynamique du véhicule en cas de roue de diamètre différent des autres ou de pneu dégonflé. 25 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen de mesure d'un paramètre dynamique du véhicule comprend un système antiblocage de roues (ABS) permettant de déterminer la vitesse des roues (5) à l'aide de capteurs disposés sur chacune des roues (5). 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel les capteurs 30 disposés sur chacune des roues (5) renvoient des signaux à un calculateur d'ABS (15) qui traite ces signaux afin d'en déduire la vitesse de chacune des roues 5, puis qui les met périodiquement à disposition sur un réseau CAN (17) du véhicule. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans 35 lequel le moyen de mesure d'un paramètre dynamique du véhicule comprendun équipement de contrôle de trajectoire (ESP) permettant de déterminer la vitesse de lacet et/ou l'accélération latérale du véhicule. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel un calculateur d'ESP (16) met périodiquement à disposition sur un réseau CAN (17) du véhicule les valeurs de la vitesse de lacet et/ou de l'accélération latérale du véhicule. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le calculateur électronique (11) de la direction assistée électrique reçoit des informations sur la vitesse des roues (5) et/ou sur la vitesse de lacet et/ou sur l'accélération latérale du véhicule sur un réseau CAN (17) du véhicule.