Brevet FR2964734A1 — publié le 20120316

L'invention se rapporte à un procédé d'acquisition de la position absolue d'un actionneur de commande de direction des roues arrière d'un véhicule, ainsi qu'à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Afin d'améliorer la tenue de route des véhicules, il est connu d'utiliser un système électromécanique d'entraînement de train arrière à roues directrices. La direction est pilotée par une unité de commande électronique dans un secteur angulaire de quelques degrés, par exemple jusqu'à environ plus ou moins quatre degrés. L'angle de braquage est réglé en fonction de la vitesse du véhicule et des conditions de roulage. A vitesse réduite, les roues arrière braquent en sens inverse des roues avant, ce qui permet d'améliorer sensiblement la maniabilité du véhicule en augmentant son rayon de braquage. A vitesse plus élevée, les roues arrière braquent dans le même sens que le train avant, offrant l'avantage d'une bonne tenue de route dans les trajectoires en courbe, ce qui permet de sécuriser la conduite. En situation d'urgence, l'adaptation de l'angle de braquage des roues arrière est assurée en liaison avec les systèmes de sécurité ESP (Electronic Stability Program - contrôle de trajectoire) et ABS (Antiblockiersystem - système d'antiblocage des roues). Par exemple, en cas de freinage sur revêtement instable (flaques d'eau ou d'huile, verglas), l'angle de braquage des roues arrière est également adapté afin de maîtriser l'adhérence au sol. En fonctionnement, la direction des roues arrière est définie par la position d'un actionneur entraîné en translation par un vérin électrique fixé au train arrière du châssis du véhicule. Ce vérin comporte un arbre sur lequel est monté l'actionneur en liaison vis-écrou, l'arbre étant couplé à un moteur électrique piloté par l'unité de commande électronique. L'actionneur entraîne alors dans sa course des étriers équipés de bras de pivotement des roues, selon un angle de braquage correspondant à la consigne délivrée par l'unité de commande. Un système de sécurité peut être avantageusement prévu pour bloquer l'arbre dans des cas de défaillance qui amènent des conditions dangereuses de roulage. L'actionneur se déplace sur l'arbre du vérin entraîné par le moteur électrique via un réducteur à pignons ou à poulie et courroie dentée ou équivalent, définissant un rapport de réduction moteur-arbre. L'angle de rotation du moteur électrique, fourni par un capteur angulaire monté sur le moteur électrique, indique - après conversion à l'aide du rapport de réduction et du pas de vis de l'arbre - une valeur relative de la position de l'actionneur dans un tour complet de pignon, sans liaison avec le nombre de tours déjà accomplis par l'arbre ; la position dite absolue - c'est-à-dire en vraie grandeur sur l'arbre - n'est donc pas accessible. Or cette donnée est essentielle pour le pilotage de l'actionneur, en particulier lors d'une remise à zéro de l'unité de commande après une interruption de fonctionnement (batterie du véhicule débranchée, accident, etc.). Pour accéder à cette position absolue, il est possible d'utiliser un capteur longitudinal de position absolue disposé le long de l'arbre d'entraînement. Un tel capteur est décrit dans la demande de brevet FR 2 921 480. Cette solution est coûteuse et complexe du fait de la nécessité d'utiliser plusieurs détecteurs. Une autre approche consisterait à provoquer le déplacement de l'actionneur jusqu'à la butée d'extrémité de l'arbre pour réinitialiser le décompte de tours du moteur. Cette méthode nécessite un déplacement de l'actionneur qui nécessite du temps et qui est perturbant du fait qu'elle génère des positions de roues inadaptées à la situation. L'invention vise à fournir la position absolue de l'actionneur lorsque cette position absolue est perdue sans utiliser de capteur dédié, de type capteur longitudinal ou équivalent, ni effectuer de mouvement jusqu'en fin de course. Pour ce faire, l'invention propose de différencier les tours de rotation en reconstituant la position absolue à partir de l'angle moteur et d'un repérage sommaire situé après un réducteur. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'acquisition de la position absolue d'un actionneur d'un système d'entraînement de roues arrière directionnelles d'un véhicule, du type décrit ci-dessus. Dans ce procédé, un modèle de correspondance est enregistré entre un repérage sommaire des tours de rotation de l'arbre d'entraînement de l'actionneur en déplacement sur une course déterminée, chaque repérage identifiant un numéro de tour à partir d'une position de référence proximale de l'actionneur, et une mesure des angles moteur fournis à chaque repérage par le capteur angulaire du moteur électrique. Une position absolue de l'actionneur est acquise par rotation de l'arbre d'entraînement, jusqu'au prochain repérage de numéro de tour, par acquisition de l'angle moteur à ce repérage et par déduction du numéro de tour de l'arbre d'entraînement qui lui correspond dans le modèle. Pour préciser le sens donné à la terminologie utilisée ci-dessus, un numéro de tour exprime la valeur du nombre de tours déjà effectué par l'arbre d'entraînement à partir d'une position de référence proximale, c'est-à-dire de départ dans sa course. L'expression « repérage sommaire » signifie que le repérage est réalisé par tout moyen simple et basique - index, irrégularité, etc. - en particulier préexistant, apte à fournir une information permettant d'identifier chaque tour successif de l'arbre. Selon un mode particulier, le rapport de réduction moteur - arbre et/ou le pas de vis de la vis sans fin entraînée par l'arbre sont réglés de sorte que, dans le modèle, l'écart entre deux valeurs d'angles moteur correspondants à deux numéros de tour soit suffisant pour discriminer ces deux numéros de tour (par exemple, pour que la course de l'actionneur s'étende sur moins d'un tour d'angle moteur). L'invention se rapporte également à un dispositif d'acquisition de position absolue d'un actionneur du type décrit ci-dessus, destiné à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Le dispositif comporte, outre le capteur angulaire du moteur électrique, une mémoire dans l'unité de commande apte à enregistrer au moins un modèle de correspondance entre les angles mesurés par le capteur et des numéros de tour repérés par un moyen de repérage sommaire d'au moins une singularité de dimension d'une couronne dentée d'un moyen de blocage auxiliaire de l'arbre d'entraînement. Selon une forme de réalisation, le moyen de repérage est un détecteur apte à différencier au moins une échancrure ou une dent de dimension singulière de la couronne dentée, par exemple des échancrures ou des dents de largeurs plus ou moins étroites que la norme ou encore une dent spécialement usinée. Un capteur à effet Hall peut avantageusement effectuer une telle détection. Cette forme de réalisation permet un repérage rapide. Par ailleurs, l'arbre d'entraînement est avantageusement associé à un système de blocage auxiliaire comportant une couronne dentée fixée sur l'arbre et un doigt de blocage pouvant s'insérer entre deux dents de la couronne pour bloquer l'arbre pour des raisons de sécurité. Selon une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention, le doigt de blocage est alors le moyen de repérage d'au moins une échancrure de dimension singulière par insertion dans les échancrures formées entre deux dents et déplacement dans ces échancrures par des mouvements de la couronne. Les insertions et les déplacements sont contrôlés par l'unité de commande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit se rapportant à un exemple détaillé non limitatif de réalisation, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématisée en perspective d'un vérin électrique de système d'entraînement de roues arrière directionnelles sur lequel un dispositif selon l'invention est appliqué ; - la figure 2, un diagramme de variations d'angles A de moteur électrique et de repérage des numéros de tour N de l'arbre d'entraînement en fonction de la position de l'actionneur dans le cadre du procédé selon l'invention ; - la figure 3, un diagramme illustrant la correspondance entre le repérage sommaire des numéros N de tour de rotation de l'arbre d'entraînement et la mesure des angles A correspondants fournis par le capteur angulaire du moteur électrique ; et - la figure 4, une vue schématisée d'un dispositif selon l'invention équipé d'un détecteur de doigt de blocage de système de verrouillage. La vue en perspective de la figure 1 illustre schématiquement un vérin électrique 10 d'un système d'entraînement de roues arrière directionnelles 2a et 2b d'un véhicule. En variante, chaque roue arrière est entraînée en direction par un vérin électrique. Le vérin électrique 10 comporte un moteur électrique 11, muni d'une transmission 12 sur laquelle un pignon d'engrenage menant 13 est monté. Ce pignon 13 entraîne un arbre 20, parallèle à la tige de transmission 12, via un pignon mené 21 monté sur l'arbre 20. Les vérins sont fixés sur le train arrière du châssis du véhicule (non. représenté). Les pignons 13 et 21 forment un réducteur d'engrenage qui définit un rapport 10 de réduction Rr de vitesse de rotation, égal dans cet exemple de réalisation au rapport entre le nombre de dents formées respectivement sur ces pignons. L'arbre d'entraînement 20 comporte une vis sans fin 22 et présente des butées proximale 23 et d'extrémité distale 24. Ces butées définissent la course K d'un piston 30 servant d'actionneur du système de commande pour entraîner en direction 15 chaque roue arrière du véhicule via une architecture mécanique adaptée 40, comportant des étriers équipés de bras de pivotement des roues. L'actionneur 30 est monté sur un écrou 31 entraîné en translation par la rotation de la vis sans fin 22 entre les butées 23 et 24. Le moteur électrique 11 du vérin est piloté par une unité de commande électronique 1. 20 Le moteur électrique 11 est équipé d'un capteur angulaire 14 - du type résolveur ou magnéto-résistif ou équivalent apte à fournir un angle absolu précis permettant d'acquérir la position, indiquée symboliquement par l'indexe I sur le pignon menant 13 et la vitesse de rotation de ce moteur. Les données d'angles sont fournies à l'unité de commande 1 qui détermine une consigne adaptée aux conditions de roulage et 25 au rayon de braquage de roue souhaité. Les tours parcourus par l'arbre d'entraînement 20 sont repérés par un capteur sommaire 5 qui repère une information de passage successif des tours, symboliquement représenté par l'indexe Il. En fonctionnement, la direction des roues arrière 2a et 2b est définie par la position de l'actionneur 30 entraîné en translation par le vérin électrique 10. L'angle de 30 braquage des roues arrière 2a - 2b correspond à la consigne délivrée par l'unité de commande 1. En référence à la figure 2, un diagramme Dl illustre la variation de l'angle A (en degrés) du pignon menant du moteur d'entraînement dit « angle moteur », mesuré par le capteur électrique, en fonction de la position X (en mm) de l'actionneur à partir de 35 sa butée proximale. A chaque tour du pignon menant, l'angle moteur A progresse entre 0 et 360° et la position de l'actionneur varie alors linéairement en fonction de l'angle A sur une distance élémentaire « d », dont la valeur dépend du rapport de réduction Rr entre les pignons et du pas P de la vis d'entraînement de l'arbre. A la fin de chaque tour du pignon menant, l'angle moteur repasse à 0°, si bien que le diagramme D1 présente une allure « en dents de scie ». Par exemple, pour un pignon menant de 31 dents et un pignon mené de 64 dents, le rapport de réduction Rr vaut 2, 065. Avec un pas de vis P de 3,6 mm, chaque tour de pignon menant déplace alors l'actionneur d'une distance élémentaire « d » égale à P/Rr, soit ici environ 1,74 mm. Chaque tour achevé du pignon mené correspond à un déplacement de l'actionneur égal au pas P de vis de 3,6 mm dans l'exemple. Il est alors possible de reporter des numéros de tour successifs N = 1, 2, 3, etc., du pignon mené correspondant aux déplacements successifs de l'actionneur égaux au pas P, dans toute sa course K entre les deux butées. La figure 2 illustre ce report sous le diagramme D1 des numéros de tours N du pignon mené sur l'axe de position X de l'actionneur, ou plus précisément parallèlement à cet axe pour des raisons de clarté. A chaque numéro de tour N = 1, 2, 3, etc., correspond alors, dans le diagramme Dl, un point P1, P2, P3, etc., pour chaque angle moteur Al, A2 = 2A1, A3 = 3A1, etc. Chacun de ces angles définit, modulo un tour du pignon menant, la position de l'actionneur sur sa distance élémentaire « d ». Sachant qu'un angle A de 360° correspond à cette distance « d », un calcul de proportion élémentaire fournit la valeur de l'angle Al, et donc des angles A2, A3, etc. Avec les valeurs de Rr et de P de l'exemple précédent, on en déduit que l'angle Al est égal à 23,23° (A1= Rr x 360 - modulo 360) dans cet exemple. En se positionnant sur un numéro de tour, sans savoir a priori lequel mais en connaissant la valeur correspondante de l'angle moteur, par exemple A2, il est alors possible d'en déduire la position absolue de l'actionneur dans sa course en se reportant sur le diagramme D1 : par exemple l'angle A2 correspond au point P2 dans le diagramme D1 et donc au nombre de tour numéro 2, soit une position de l'actionneur égale à 2P = 7,2 mm. Un modèle regroupant les données du diagramme D1 dans un tableau de correspondance linéaire entre les multiples de l'angle moteur Al et les numéros de tour correspondants du pignon mené est connu (mémorisé) de l'unité de commande 1. Plus généralement, l'unité de commande détermine ainsi par un calcul élémentaire une correspondance fixe entre l'angle moteur et les numéros de tour, à partir de valeurs de rapport de réduction Rr, du pas de vis P et de longueurs de course de l'actionneur. La figure 3 illustre un exemple de modèle de correspondance sous forme d'un diagramme D2 de points P1 à P7 de correspondance linéaire entre les angles moteur A, modulo un tour de pignon menant, et les numéros de tour N = 1, 2, ....7, du pignon mené, avec les valeurs de P et de Rr précédemment utilisées et une course K de 27 mm pour l'actionneur. Ces valeurs sont compatibles avec le capteur angulaire qui mesure les angles sur 180° comme cela est expliqué ci-dessous. Dans cet exemple, la correspondance linéaire s'étend sur toute la course de l'actionneur entre les butées avec un angle moteur A, modulo un demi-tour, qui augmente linéairement le long de cette course avec l'incrément de 23,23°, calculé précédemment et correspondant à l'angle Al, avec les numéros de tour N allant de 1 à 7. La correspondance entre les valeurs Al à A7 (arrondies au 10ème de degré) et de N est résumée dans le tableau I suivant des coordonnées des points P1 à P7 : Tableau I Points du Numéro de tour N Angle moteur A (en degrés) = diagramme NxRrx360 (modulo 360) Origine O 0 0 P1 1 23,3 P2 2 46,5 P3 3 69,7 P4 4 92,9 P5 5 116,1 P6 6 139,4 P7 7 162,6 Afin de repérer le numéro de tour dans lequel se trouve l'actionneur, après une interruption électrique due par exemple à une interruption d'alimentation en cours de fonctionnement, la position absolue de l'actionneur est acquise par une mise en rotation de l'arbre d'entraînement jusqu'à détecter une information de repérage par le capteur sommaire. Des exemples de capteurs sommaires 5 seront donnés ci-dessous. L'angle moteur mesuré fournit dans le tableau de correspondance le numéro de tour N où se trouve l'actionneur et donc sa position absolue dans sa course, sans avoir à déplacer l'actionneur sur toute sa course. Ainsi, la connaissance de l'angle moteur combinée à l'information du capteur sommaire 5 permet d'identifier le numéro de tour N dont l'angle A est le plus proche. Par exemple, un angle de 70° permettra sans ambiguïté de déduire que l'actionneur est à la fin du tour numéro 3, donc que l'actionneur est à la position 3 x 3.6 mm = 10.8 mm. Cependant, pour d'autres rapports de réduction, de pas de vis ou de longueur de course, la déduction du numéro de tour N peut être ambiguë. Par exemple, lorsque le pignon menant a 65 dents au lieu de 64 comme dans l'exemple précédent, les autres paramètres restant inchangés, le rapport de réduction devient égal à 2,097, et les points de correspondance P'1 à p7 se répartissent de la façon représentée dans le tableau Il ci-dessous, entre les angles moteur A'l à A'7 et les numéros de tour N de 1 à 7. La correspondance entre les valeurs de A et de N est résumée dans le tableau Il suivant des coordonnées des points P'1 à P'7 : Tableau Il Points du Numéro de tour N Angle moteur A (en degrés) _ diagramme NxRrx360 (modulo 180) Origine O 0 0 P'l 1 34,8 P'2 2 69,7 P'3 3 104,5 P'4 4 139,4 P'5 5 174,2 P'6 6 29,0 P'7 7 63,9 Du fait de la valeur sensiblement supérieure (34,8°) de l'angle Al dans cet exemple au regard de sa valeur dans l'exemple précédent (23,2), la course de l'actionneur s'étend différemment (par exemple sur plus d'un tour d'angle moteur). Des angles moteurs, correspondant par exemple aux points P'1 et P'6 ou P'2 et P'7 peuvent alors avoir des valeurs rapprochées. Dans ces conditions, un angle moteur mesuré à un numéro de tour pour lequel on a une information de repérage peut ne pas permettre de déduire, sans ambiguïté, le numéro de tour correspondant à partir du tableau Il. Par exemple, un angle moteur de 32° ou de 67° ne permet pas de discriminer entre les numéros de tour 1 et 6 ou 2 et 7. Il est donc avantageux, suivant les possibilités d'ajustements offerts, de choisir des rapports de réduction ou des pas de vis qui permettent d'établir un modèle dans lequel l'écart entre deux valeurs d'angles moteur correspondants à deux numéros de tour soit suffisant pour discriminer ces deux numéros de tour. Par exemple, le rapport de réduction et le pas de vis sont choisis pour que les points P1...Pn s'étendent au mieux sur toute la course de l'actionneur (par exemple sur moins d'un tour d'angle moteur). Un dispositif de mise en oeuvre est illustré sur la vue schématisée de la figure 4. Dans ce dispositif, un système de sécurité 50 est également prévu pour bloquer l'arbre dans des conditions dangereuses de roulage, dans des cas de défaillance du réducteur. Le système de sécurité 50 est équipé d'un doigt de blocage 51. Le doigt de blocage 51 vient s'insérer dans les échancrures 54 entre deux dents 55 d'une couronne 25 fixée sur l'arbre d'entraînement 20 pour bloquer cet arbre pour des raisons de sécurité. Dans le cadre de l'invention, ce doigt sert de moyen de repérage sommaire 5 d'une des échancrures 26 de dimension particulière (singulière) de la couronne 25. Ce repérage permet alors l'identification du numéro de tour de rotation de l'arbre d'entraînement, comme expliqué précédemment. En phase d'acquisition de position absolue, le doigt 51 est apte à repérer l'échancrure singulière 26 par insertion dans des échancrures 54 formées entre deux dents 55. Des tests de repérage par un déplacement dans ces échancrures selon des mouvements de la couronne de faibles amplitudes sont alors entrepris. L'insertion du doigt 51 et les mouvements dans les échancrures sont contrôlés par des consignes émises par l'unité de commande 1 (figure 1). Ces tests sur différentes échancrures sont effectués jusqu'au repérage de l'échancrure singulière 26. Les tests concernent toutes les dents 55, dans le cas le plus défavorable où l'échancrure particulière est repérée en dernier. Dans ces conditions, le repérage se rapporte au plus à un tour d'arbre d'entraînement. Avec plusieurs échancrures singulières, la durée de repérage d'une échancrure est sensiblement raccourcie. Selon une autre forme de mise en oeuvre du dispositif, un détecteur est apte à différencier l'échancrure de dimension singulière 26 de la couronne du pignon, par exemple l'échancrure plus étroite ou la plus large ou encore une échancrure spécialement usinée. Par exemple, un capteur à effet Hall 60 effectue avantageusement une telle détection. Cette forme de réalisation permet un marquage rapide. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou représentés. Il est par exemple possible de prévoir d'autres détections que celles liées à la couronne de blocage ; par exemple un index formé sur le pignon de l'arbre et repérable par un détecteur dédié, de type à effet Hall ou un capteur piézoélectrique. REVENDICATIONS1. Procédé d'acquisition de la position absolue d'un actionneur (30) d'un système d'entraînement de roues arrière directionnelles (2a, 2b) d'un véhicule, comportant un moteur électrique (11) muni d'un capteur angulaire (14) et couplé à un arbre d'entraînement (20) de l'actionneur (30) de direction des roues arrière (2a, 2b), le procédé est caractérisé en ce qu'un modèle de correspondance est enregistré entre un repérage sommaire des tours de rotation de l'arbre d'entraînement (20) de l'actionneur en déplacement sur une course déterminée (K), chaque repérage identifiant un numéro de tour (N) à partir d'une position de référence proximale (23) de l'actionneur, et une mesure des angles moteur (A) fournis à chaque repérage par le capteur angulaire (14) du moteur électrique (11), une position absolue de l'actionneur (30) étant acquise par rotation de l'arbre d'entraînement (20) jusqu'au prochain repérage de numéro de tour (N) par acquisition de l'angle moteur (Al à A7) à ce repérage et par déduction du numéro de tour (N) de l'arbre d'entraînement (20) qui lui correspond dans le modèle. 2. Procédé d'acquisition de position absolue selon la revendication 1, dans lequel, le moteur électrique (11) étant couplé à l'arbre d'entraînement (20) selon un rapport de réduction (Rr) déterminé et cet arbre entraînant une vis sans fin de pas (P) déterminé, ce rapport de réduction moteur - arbre et/ou le pas de vis sont réglés de sorte que, dans le modèle, l'écart entre deux valeurs d'angles moteur (A) correspondants à deux numéros de tour soit suffisant pour discriminer ces deux numéros de tour. 3. Procédé d'acquisition de position absolue selon la revendication précédente, dans lequel la course (K) de l'actionneur s'étend sur moins d'un tour d'angle moteur. 4. Dispositif d'acquisition de position absolue d'un actionneur de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'actionneur (30) étant entraîné par une vis sans fin (22) d'un arbre (20) lui-même entraîné en rotation par un moteur électrique (11) via un réducteur à pignons (21, 13), l'arbre d'entraînement (20) pouvant être associé à un système de blocage auxiliaire comportant une couronne dentée (25) fixée sur l'arbre (20) et un doigt de blocage (51) pouvant s'insérer entre deux dents (55) de la couronne (25) pour bloquer l'arbre (20), caractérisé en ce qu'il comporte un capteur angulaire (14) de suivi en rotation du moteur (11), un moyen de repérage sommaire (51, 60) d'au moins une singularité de dimension de la couronne dentée (25) du système de blocage auxiliaire de l'arbre d'entraînement (20), et une mémoire dans l'unité de commande (1) apte à enregistrer au moins un modèle de correspondance entre des angles (A) mesurés par le capteur angulaire (14) et des numéros de tour (N) repérés par le moyen de repérage sommaire (51, 60). 5. Dispositif d'acquisition de position absolue selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de repérage est un détecteur (60) apte à différencier au moins uneéchancrure (54) ou une dent (55) de dimension singulière (26) de la couronne dentée (25). 6. Dispositif d'acquisition de position absolue selon la revendication précédente, dans lequel le détecteur (60) est un capteur à effet Hall. 7. Dispositif d'acquisition de position absolue selon la revendication 4, dans lequel le moyen de repérage est le doigt de blocage (51) apte à repérer au moins une échancrure (26) de dimension singulière par insertion et déplacement du doigt (51) dans les échancrures (54) par des mouvements de la couronne (25), les insertions et déplacements étant contrôlés par l'unité de commande (1).